Защо организмите започнаха да правят секс, а не просто да се възпроизвеждат асексуално, както животът от милиарди години - и все още, в случая с едноклетъчните организми и някои растения и гъби, е малко загадка. Сексуалната репродукция се разви преди около милиард години или повече, въпреки допълнителната необходима енергия и привидното възпрепятстване да се наложи да се намери подходяща половинка. Преобладаващите теории твърдят, че сексът се превръща в доминираща форма на възпроизводство поради предимствата на по-голямото генетично разнообразие, което позволява на потомството да се адаптира към променящата се среда и да запазва видовете с една крачка пред паразитите, които са се развили до чума на родителите.
Но в нова статия в PLOS Biology, екип от учени, ръководени от университета в Монпелие във Франция и университета Deakin в Австралия, предполагат друга причина, че животът е започнал и продължава да прави секс: заплахата от трансмисивни, ракови свободни товарачи.
„Предполагаме, че сексуалната репродукция се развива, за да се предотврати инвазия от трансмисивни егоистични неопластични измамници, отсега нататък наричани трансмисивни ракови клетки“, казва Фредерик Томас, еволюционен биолог в университета в Монпелие и водещ автор на изследването, се казва в имейл. „Доколкото знаем, този селективен сценарий за първоначалната еволюция на секса през дървото на живота е нов.“
Ракът не е проблем за най-ранните форми на живот, прокариоти или едноклетъчни организми, които нямат клетъчно ядро, като бактерии и археи. Тези същества се възпроизвеждат асексуално, като правят копие на своята сингулярна хромозома и по същество се клонират.
Но нещата се промениха с еволюцията на еукариотите преди повече от 2, 5 милиарда години. Тези организми съдържат централни ядра, обхващащи техните геноми в набор от хромозоми. Групи еукариоти се обединиха, за да образуват първите многоклетъчни организми - предшественици на целия сложен живот на Земята, от растения до насекоми и влечуги до бозайници. Когато тези организми се размножават, генетичният материал се допринася от двама приятели, създавайки генетично уникално потомство.
„Сексът изглежда е съпътствал, пряко предшествал или действително белязал прехода към еукариотичен живот“, казва Маурине Нейман, доцент по биология в Университета в Айова, който изучава сексуалната репродукция, но не е участвал в новото проучване. Според нея големият въпрос в еволюционната биология е защо.
Сексът наистина е сложен и неефективен. Много организми трябва да инвестират биологични ресурси в черти, които обслужват единствената цел да привлекат половинка, като паунови пера. Дори самият акт на съвкупление носи риск. „Организмите често са буквално слепени заедно и това не е наистина голяма ситуация, “ казва Нейман. Идеята, че същество, достатъчно успешно да достигне репродуктивна зрялост, би искало да се забърка с генетичната формула, също е странна. „Вие сте нещо сигурно, ако сте пораснали и сте успешни. Защо би отишъл да направиш бебе, различно от теб? ”
Чрез смесване на генетиката сексуалното възпроизвеждане произвежда по-голямо генетично разнообразие в популация, ограничавайки предаването на ракови клетки между индивидите в популацията. (Thomas et al. / PLOS Biology 10.1371) Една водеща теория е известна като хипотезата на Червената кралица. Идеята предполага, че както се е развивал многоклетъчният живот, така са се появили и паразитите и патогените, които са го поразили. Използвайки секс за създаване на потомство с уникални генетични черти, част от потомството може да придобие устойчивост на бъговете, които в противен случай биха заплашили цели видове. Сексуалната репродукция служи като начин да се задържи крачка напред в еволюционната надпревара с оръжия. (Името на хипотезата идва от изявление на Червената кралица до Алиса в „Луис Карол“ През „Огледалото“ : „Сега, разбирате, е необходимо всичко, което можете да направите, за да запазите едно и също място.“ )
Новото проучване предполага, че раковите клетки могат да се считат за друга форма на паразит. Тъй като ранните клетки се свързват, за да образуват единични, еукариотни организми, тези организми би трябвало да се пазят от клетки-членове, които отказват да се подчинят на цялото - „вътрешни измамници“ или ракови клетки. Ранните многоклетъчни организми също биха били необходими за разработване на защита срещу нахлуващи злокачествени клетки от други организми или трансмисивни ракови заболявания.
Подобна ранна имунна система би имала по-лесно разграничаване между здрави клетки и злокачествени заболявания, твърди проучването, ако сексуалната репродукция създава потомство, генетично различаващо се от околните организми. Насочването на ракови клетки би могло да създаде еволюционно налягане за обхващане на секса, подобно на натиска от паразити и други патогени.
„Злокачествените клетки - поне според нас - имат същото значение в еволюционната биология и екология като паразитите, които не са самостоятелно и затова трябва да се считат за важни като паразити и микробиоти“, казва Томас. „Ракът не е само болест, той е еволюционна сила.“
Тази идея би могла да бъде мощен нов начин на мислене за еволюцията, според Стив Джонсън, биолог, изучаващ еволюцията на взаимодействието между секса и паразитите в Университета в Ню Орлеан. „Колкото повече мисля за това, аз наистина вярвам, че това може да бъде много важен нов подход“, казва той в имейл. „Особено харесвам свързването им на модела на Червената кралица с идеята, че сексуалната репродукция намалява уникалния вид паразити, преносимите ракови клетки.“
„Можете да мислите за рака като това егоистично явление, което умира с индивида“, добавя Нейман. - Но какво ще стане, ако не стане? Как това би променило еволюционния пейзаж? "
В статията Томас и колегите излагат някои от промените в еволюционния пейзаж, които биха очаквали да видят дали тяхната хипотеза е правилна. Преносимите видове рак, например, вероятно биха били редки при полово размножаващи се видове и това всъщност е така. Съществуват само няколко примера, като например тасманийски лезии на лицето на дявол и левкемия в някои миди.
Екипът също така прогнозира, че повечето асексуално възпроизвеждащи видове биха били или сравнително млади, или специално адаптирани към рака. И наистина, те откриха, че около половината известни асексуални родове са оценени на възраст под 500 000 години. „Останалите 50 процента от родовете се състоят от еволюционно скандални“ организми, за които се знае, че са устойчиви на мутагени, се казва в новата книга. Подобни организми, казва Томас, може да си струва да се проучат, за да научат повече за техните противоракови защити за медицинска употреба.
Но има причина произходът на секса да се счита за труден проблем в еволюционната биология. По преценка на Нейман, има елементи от новата теория, които не са напълно добавени - поне още не. Рядкостта на трансмисивните ракови заболявания сред създанията днес, например, може да не подкрепи тази нова теория.
„Вселената, в която ракът обясняваше секса, ще изисква тези заразни ракови заболявания да са наистина доста често срещани“, казва Нейман. Тя се чуди и за едно от централните предположения на теорията, че генетичното различие на родителите и потомството всъщност ще бъде фактор за успешната борба с раковата инфекция. „Не съм сигурен, че е добре изпитан и е много ключово предположение.“
Томас признава, че хипотезата на екипа му трябва да бъде утвърдена чрез експериментиране, което в този момент липсва. „Предлагаме в документа няколко насоки за това, най-елегантното би било да се използва клониране на животни за оценка на риска от предаване на ракови клетки, свързано с асексуално възпроизвеждане“, казва той. Ако новата теория за сексуалното възпроизводство е правилна, вероятността майка да предава ракови клетки на нейното потомство трябва да бъде по-висока, ако ембрионът е имплантиран клон на майката, а не генетично различен ембрион.
Екипът работи и с клонирана хидра, морски организми, които могат да се размножават както сексуално, така и асексуално в зависимост от условията на околната среда. Според Томас Мадсен, учен от живота в университета в Дикин и съавтор на новото проучване, целта е „да се опита да„ зарази “здрави клонални хидри с ракови клетки и да проучи еволюционния им отговор.“ Ако новата теория за секса е правилна, заразените хидри трябва да избират сексуална репродукция над асексуални.
Но произходът на секса винаги е бил разхвърлян и Нейман вярва, че ще остане така. „Мисля, че сложността и просто объркаността на биологията често изискват онова, което наричаме плуралистични или множество обяснения“, казва тя. „Не мисля, че някога ще има общо, елегантно, единично и просто решение.“
