Proč organismy začaly mít sex, než aby se prostě rozmnožovaly asexuálně jako život po miliardy let - a stále tomu tak je v případě jednobuněčných organismů a některých rostlin a hub - je trochu záhadou. Sexuální reprodukce se vyvinula asi před miliardou let nebo více, a to navzdory dodatečné potřebě energie a zdánlivému bránění potřebě najít vhodného partnera. Převažující teorie tvrdí, že sex se stal dominantní formou reprodukce díky výhodám větší genetické rozmanitosti, umožňující potomkům přizpůsobit se měnícím se prostředím a udržovat druhy o krok napřed před parazity, které se vyvinuly, aby trápily rodiče.
Ale v novém článku v PLOS Biology tým vědců vedený University of Montpellier ve Francii a Deakin University v Austrálii naznačuje další důvod, proč život začal a stále měl sex: hrozba přenosných, rakovinných freeloaderů.
"Navrhujeme, že sexuální reprodukce se vyvíjí, aby zabránila invazi přenosnými sobeckými neoplastickými podvodnými buňkami, které jsou dále označovány jako přenosné rakovinné buňky, " říká e-mail Frederic Thomas, evoluční biolog na univerzitě v Montpellier. "Podle našich znalostí je tento selektivní scénář počátečního vývoje sexu napříč stromem života nový."
Rakovina nebyla problémem pro nejčasnější formy života, prokaryoty nebo jednobuněčné organismy, kterým chybí buněčné jádro, jako jsou bakterie a archaea. Tato stvoření se rozmnožují asexuálně, vytvářejí kopii svého jedinečného chromozomu a v podstatě se klonují.
S vývojem eukaryotů se však věci změnily před více než 2, 5 miliardami let. Tyto organismy obsahují centrální jádra zahrnující jejich genomy v sadě chromozomů. Skupiny eukaryot se spojily a vytvořily první mnohobuněčné organismy - předchůdce veškerého složitého života na Zemi, od rostlin po hmyz a plazy až po savce. Když se tyto organismy rozmnožují, přispívá genetický materiál od dvou kamarádů, čímž vzniká geneticky jedinečný potomek.
„Zdá se, že sex doprovázel, přímo předcházel nebo skutečně označoval přechod k eukaryotickému životu, “ říká Maurine Neiman, docentka biologie na University of Iowa, která studuje sexuální reprodukci, ale nebyla do nové studie zapojena. Velkou otázkou v evoluční biologii je, proč říká.
Sex je opravdu komplikovaný a neefektivní. Mnoho organismů musí investovat biologické zdroje do vlastností, které slouží pouze k přilákání partnera, jako je například paví peří. I samotný akt páření nese riziko. "Organismy jsou často doslova přilepené k sobě a není to opravdu skvělá situace, " říká Neiman. Myšlenka, že by stvoření dostatečně úspěšné, aby dosáhlo reprodukční zralosti, chtělo zmatek s genetickým vzorcem, je také zvláštní. "Jsi jistá věc, jestli jsi vyrostl a byl jsi úspěšný." Proč bys šel a dělal dítě jiné než ty? “
Smícháním genetiky vytváří sexuální reprodukce v populaci větší genetickou rozmanitost, což omezuje přenos rakovinných buněk přes jednotlivce v populaci. (Thomas a kol. / PLOS Biology 10.1371) Jedna vedoucí teorie je známá jako hypotéza Rudé královny. Tato myšlenka naznačuje, že s vývojem mnohobuněčného života se také parazity a patogeny, které jej trápily. Používáním sexu k vytvoření potomstva s jedinečnými genetickými vlastnostmi může část potomků získat odpor vůči chybám, které by jinak ohrožovaly celý druh. Sexuální reprodukce slouží jako způsob, jak zůstat o krok napřed před evolučním závodem ve zbrojení. (Název hypotézy vychází z prohlášení Rudé královny Alici v Lewis Carrollově skrz vyhlížející sklo : „Teď, jak vidíte, vyžaduje to veškerý běh, který můžete udělat, aby zůstal na stejném místě.“ )
Nová studie naznačuje, že rakovinné buňky lze považovat za další formu parazita. Když se rané buňky spojily dohromady, aby vytvořily jednotlivé eukaryotické organismy, bylo by třeba tyto organismy chránit před členskými buňkami, které se odmítly podřídit celému celku - „buňkám interního podvodníku“ nebo rakovinným buňkám. Včasné mnohobuněčné organismy by také potřebovaly vyvinout obranu proti invazi maligních buněk z jiných organismů nebo přenosných rakovin.
Studie tvrdí, že by takové včasné imunitní systémy měly snadnější časové rozlišení mezi zdravými buňkami a malignitami, pokud by sexuální reprodukce vytvořila potomky, které byly geneticky odlišné od okolních organismů. Cílení na rakovinné buňky by mohlo vytvořit evoluční tlak k zachycení sexu, podobný tlaku parazitů a jiných patogenů.
"Zhoubné buňky - přinejmenším podle našeho názoru - mají v evoluční biologii a ekologii stejný význam jako neosobní paraziti, a proto by měly být považovány za důležité jako parazity a mikrobioty, " říká Thomas. "Rakovina není jen nemoc, je to evoluční síla."
Podle Steva Johnsona, biologa studujícího evoluci sexu a interakcí hostitel-parazit na University of New Orleans, by tato myšlenka mohla být novým silným způsobem myšlení o evoluci. "Čím více o tom přemýšlím, opravdu věřím, že by to mohl být velmi důležitý nový přístup, " říká v e-mailu. "Obzvláště se mi líbí jejich propojení modelování Red Queen s myšlenkou, že sexuální reprodukce redukuje jedinečný druh parazita, přenosných rakovinných buněk."
"Rakovina si můžete představit jako tento sobecký fenomén, který umírá s jednotlivcem, " dodává Neiman. "Ale co kdyby ne?" Jak by to změnilo evoluční krajinu? “
V článku Thomas a kolegové rozebírají některé změny v evoluční krajině, které očekávají, pokud uvidí, zda je jejich hypotéza správná. Například přenosné rakoviny by pravděpodobně byly vzácné u pohlavně se rozmnožujících druhů, a ve skutečnosti tomu tak je. Existuje jen hrstka příkladů, jako jsou tasmánské ďábelské lícní léze a leukémie v některých škeblích.
Tým také předpovídá, že většina asexuálně se rozmnožujících druhů bude buď relativně mladá, nebo els speciálně přizpůsobená pro odolnost proti rakovině. A skutečně zjistili, že se odhaduje, že přibližně polovina známých nepohlavních linií je stará méně než 500 000 let. „Zbývajících 50 procent linií se skládá z evolučně skandálních“ organismů, o nichž je známo, že jsou rezistentní vůči mutagenům, uvádí nový dokument. Takové organismy, říká Thomas, by se vyplatily studovat a dozvědět se více o jejich protirakovinové ochraně pro lékařské použití.
Existuje však důvod, proč je původ sexu považován za těžký problém v evoluční biologii. Podle Neimanova odhadu existují prvky nové teorie, které se zcela nesčítají - alespoň ještě ne. Rarita přenosných rakovin mezi stvořeními dnes například nemusí tuto novou teorii podporovat.
„Vesmír, ve kterém rakovina vysvětluje sex, by vyžadoval, aby tyto nakažlivé rakoviny byly opravdu docela běžné, “ říká Neiman. Také se ptá na jeden z ústředních předpokladů teorie, že genetická odlišnost rodičů a potomků by ve skutečnosti byla faktorem úspěšného boje proti rakovinné infekci. "Nejsem si jistý, zda byl dobře otestován a je to velmi klíčový předpoklad."
Thomas připouští, že hypotéza jeho týmu musí být ověřena experimentováním, což v tuto chvíli chybí. "V tomto článku navrhujeme několik směrů, nejelegantnějším by bylo použití klonování zvířat pro vyhodnocení rizika přenosu rakovinných buněk spojené s asexuální reprodukcí, " říká. Pokud je nová teorie sexuální reprodukce správná, pravděpodobnost, že matka předá rakovinné buňky svému potomstvu, by měla být vyšší, pokud je embryo implantovaným klonem matky, než geneticky odlišné embryo.
Tým také pracuje s klonovanými hydry, mořskými organismy, které se mohou v závislosti na okolních podmínkách reprodukovat sexuálně i asexuálně. Podle Thomase Madsena, vědce z univerzity na Deakin University a spoluautorem nové studie, je cílem „pokusit se„ infikovat “zdravé klonální hydry rakovinnými buňkami a prozkoumat jejich evoluční odpověď.“ Pokud je nová teorie sexu správná, infikované hydry by si měly zvolit sexuální reprodukci než asexuální.
Ale původ sexu byl vždycky chaotický a Neiman věří, že to tak zůstane. "Myslím, že složitost a jen nepořádek biologie často vyžaduje to, čemu říkáme pluralitní nebo mnohonásobná vysvětlení, " říká. "Nemyslím si, že bude někdy obecné, elegantní, jednoduché a jednoduché řešení."
