Γιατί οι οργανισμοί άρχισαν να έχουν σεξουαλικές σχέσεις και όχι απλά να αναπαράγουν ασήμαντα, όπως η ζωή έκαναν για δισεκατομμύρια χρόνια - και εξακολουθεί να ισχύει, στην περίπτωση μονοκύτταρων οργανισμών και ορισμένων φυτών και μυκήτων - είναι ένα μυστήριο. Η σεξουαλική αναπαραγωγή εξελίχθηκε πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια ή περισσότερο, παρά την πρόσθετη ενέργεια που απαιτείται και την φαινομενική παρεμπόδιση της ανάγκης να βρεθεί ένας κατάλληλος σύντροφος. Οι επικρατούσες θεωρίες υποστηρίζουν ότι το φύλο έγινε η κυρίαρχη μορφή αναπαραγωγής λόγω των πλεονεκτημάτων της μεγαλύτερης γενετικής ποικιλομορφίας, επιτρέποντας στους απογόνους να προσαρμοστούν στα μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα και κρατώντας τα είδη ένα βήμα μπροστά από τα παράσιτα που εξελίχθηκαν για να μολύνουν τους γονείς.
Ωστόσο, σε μια νέα δημοσίευση στο PLOS Biology, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μονπελιέ στη Γαλλία και το Πανεπιστήμιο Deakin στην Αυστραλία υποδηλώνουν ότι ένας άλλος λόγος ξεκίνησε και συνέχισε τη σεξουαλική επαφή: την απειλή μεταδοτικών, καρκινικών ασθενών.
"Προτείνουμε ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή εξελίσσεται για να αποτραπεί η εισβολή από μεταδοτικά εγωιστικά νεοπλασματικά κύτταρα εξαπάτησης, που στο εξής θα αναφέρονται ως μεταδοτικά καρκινικά κύτταρα", λέει ο Frederic Thomas, ένας εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Μονπελιέ και επικεφαλής της μελέτης. "Από γνώση μας, αυτό το επιλεκτικό σενάριο για την αρχική εξέλιξη του σεξ μέσω του δέντρου της ζωής είναι καινοτόμο."
Ο καρκίνος δεν ήταν πρόβλημα για τις πρώιμες μορφές ζωής, τους προκαρυώτες ή τους μονοκύτταρους οργανισμούς που στερούνται πυρήνα κυττάρων, όπως είναι τα βακτήρια και οι αρχαιότητες. Αυτά τα πλάσματα αναπαράγουν ασεξουαλικά, κάνοντας ένα αντίγραφο του μοναδικού χρωμοσώματος τους και ουσιαστικά κλωνοποιώντας τον εαυτό τους.
Αλλά τα πράγματα άλλαξαν με την εξέλιξη των ευκαρυωτών πριν από 2, 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτοί οι οργανισμοί περιέχουν κεντρικούς πυρήνες που συμπεριλαμβάνουν τα γονιδιώματα τους σε ένα σύνολο χρωμοσωμάτων. Ομάδες ευκαρυωτών ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν τους πρώτους πολυκύτταρους οργανισμούς - τους προκατόχους όλων των σύνθετων ζωών στη Γη, από φυτά σε έντομα και ερπετά σε θηλαστικά. Όταν αναπαράγονται αυτοί οι οργανισμοί, το γενετικό υλικό συνεισφέρεται από δύο συντρόφους, δημιουργώντας γενετικά μοναδικούς απογόνους.
«Το φύλο φαίνεται να έχει συνοδεύσει, άμεσα προηγήθηκε ή στην πραγματικότητα σηματοδότησε τη μετάβαση σε ευκαρυωτική ζωή», λέει ο Maurine Neiman, αναπληρωτής καθηγητής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα, ο οποίος μελετά τη σεξουαλική αναπαραγωγή αλλά δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη. Το μεγάλο ερώτημα στην εξελικτική βιολογία, λέει, είναι ο λόγος.
Το σεξ είναι πολύ περίπλοκο και αναποτελεσματικό. Πολλοί οργανισμοί πρέπει να επενδύσουν βιολογικούς πόρους σε χαρακτηριστικά που εξυπηρετούν το μοναδικό σκοπό να προσελκύσουν έναν σύντροφο, όπως φτερά παγωνιού. Ακόμα και η ίδια η συγκυρία πράξη φέρει τον κίνδυνο. "Οι οργανισμοί είναι συχνά κυριολεκτικά κολλημένοι μαζί, και αυτό δεν είναι πραγματικά μια μεγάλη κατάσταση να είναι μέσα, " λέει ο Neiman. Η ιδέα ότι ένα πλάσμα που είναι αρκετά επιτυχές για να φτάσει στην αναπαραγωγική ωριμότητα θα ήθελε να χάσει με τον γενετικό τύπο είναι επίσης περίεργο. "Είμαι κάπως σίγουρος αν έχετε μεγαλώσει και έχετε πετύχει. Γιατί να πάτε και να κάνετε ένα μωρό διαφορετικό από εσάς; "
Με την ανάμειξη της γενετικής, η σεξουαλική αναπαραγωγή παράγει μεγαλύτερη γενετική ποικιλομορφία σε έναν πληθυσμό, περιορίζοντας τη μετάδοση καρκινικών κυττάρων σε άτομα του πληθυσμού. (Thomas et αϊ. / PLOS Biology 10.1371) Μια κορυφαία θεωρία είναι γνωστή ως η υπόθεση της Red Queen. Η ιδέα υποδηλώνει ότι καθώς η πολυκύτταρη ζωή εξελίχθηκε, τα παράσιτα και τα παθογόνα τα μαστίζουν. Χρησιμοποιώντας το σεξ για να δημιουργήσετε απογόνους με μοναδικά γενετικά χαρακτηριστικά, κάποιοι από τους απογόνους μπορούν να αποκτήσουν αντιστάσεις στα σφάλματα που διαφορετικά θα απειλούσαν ολόκληρα είδη. Η σεξουαλική αναπαραγωγή χρησιμεύει ως τρόπος να παραμείνει ένα βήμα μπροστά στον εξελικτικό αγώνα των εξοπλισμών. (Το όνομα της υπόθεσης προέρχεται από μια δήλωση της Κόκκινης Βασίλισσας προς την Αλίκη στο Lewis Carroll's Μέσα από το γυαλί : "Τώρα, βλέπετε, παίρνει όλο το τρέξιμο που μπορείτε να κάνετε, να κρατήσετε στον ίδιο τόπο". )
Η νέα μελέτη υποδηλώνει ότι τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να θεωρηθούν μια άλλη μορφή παρασίτου. Δεδομένου ότι τα πρώτα κύτταρα συσπειρώθηκαν για να σχηματίσουν ενιαίους, ευκαρυωτικούς οργανισμούς, αυτοί οι οργανισμοί θα χρειαζόταν να φρουρούν έναντι των κυττάρων-μελών που αρνούνταν να υποτάσσονται στα ολόκληρα «εσωτερικά κύτταρα εξαπάτησης» ή σε καρκινικά κύτταρα. Οι πρώτοι πολυκύτταροι οργανισμοί θα χρειαζόταν επίσης να αναπτύξουν άμυνες κατά της εισβολής κακοηθών κυττάρων από άλλους οργανισμούς ή μεταδοτικών καρκίνων.
Αυτά τα πρώιμα ανοσοποιητικά συστήματα θα είχαν ευκολότερη χρονική διαφοροποίηση μεταξύ υγιών κυττάρων και κακοηθειών, σύμφωνα με τη μελέτη, αν η σεξουαλική αναπαραγωγή δημιούργησε απογόνους γενετικά διακριτούς από τους γύρω οργανισμούς. Η στόχευση των καρκινικών κυττάρων θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει μια εξελικτική πίεση για να αγκαλιάσει το φύλο, παρόμοια με την πίεση από παράσιτα και άλλα παθογόνα.
"Τα κακοήθη κύτταρα - τουλάχιστον κατά τη γνώμη μας - έχουν την ίδια σημασία στην εξελικτική βιολογία και στην οικολογία ως μη παράγωγα μόνα και επομένως πρέπει να θεωρούνται σημαντικά ως παράσιτα και μικροβιοτικά", λέει ο Θωμάς. "Ο καρκίνος δεν είναι μόνο μια ασθένεια, είναι μια εξελικτική δύναμη".
Αυτή η ιδέα θα μπορούσε να είναι ένας ισχυρός νέος τρόπος σκέψης για την εξέλιξη, σύμφωνα με τον Steve Johnson, βιολόγο που μελετά την εξέλιξη των αλληλεπιδράσεων φύλου και παρασίτου στο Πανεπιστήμιο της Νέας Ορλεάνης. "Όσο περισσότερο σκέφτομαι αυτό, πιστεύω ότι αυτό θα μπορούσε να είναι μια πολύ σημαντική νέα προσέγγιση", λέει σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. "Μου αρέσει ιδιαίτερα το να συνδέουν το μοντέλο της Red Queen με την ιδέα ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή μειώνει ένα μοναδικό είδος παρασίτου, τα μεταδοτικά καρκινικά κύτταρα."
"Μπορείτε να σκεφτείτε τον καρκίνο, όπως αυτό το εγωιστικό φαινόμενο που πεθαίνει με το άτομο", προσθέτει ο Neiman. "Αλλά τι εάν δεν το έκανε; Πώς θα άλλαζε αυτό το εξελικτικό τοπίο; "
Στην εργασία, ο Thomas και οι συνάδελφοί του παρουσιάζουν μερικές από τις αλλαγές στο εξελικτικό τοπίο που θα περίμενε κανείς αν η υπόθεσή τους είναι σωστή. Οι μεταδοτικοί καρκίνοι, για παράδειγμα, θα ήταν πιθανώς σπάνιο σε αναπαραγωγικά σεξουαλικά είδη, πράγμα που συμβαίνει στην πραγματικότητα. Μόνο μια χούφτα παραδείγματα υπάρχουν, όπως οι τραυματισμοί προσώπου της Τασμανίας και η λευχαιμία σε μερικές μύες.
Η ομάδα προβλέπει επίσης ότι τα περισσότερα είδη αναπαραγωγής χωρίς αναπαραγωγή θα ήταν είτε σχετικά μικρά είτε ειδικά προσαρμοσμένα για να αντισταθούν στον καρκίνο. Και, πράγματι, διαπίστωσαν ότι περίπου οι μισές από τις γνωστές ασφυξικές γενεές εκτιμάται ότι είναι λιγότερες από 500.000 χρόνια. "Το υπόλοιπο 50 τοις εκατό των γενεαλογικών οικογενειών αποτελείται από εξελικτικά σκανδαλώδεις" οργανισμούς που είναι γνωστό ότι είναι ανθεκτικοί σε μεταλλαξιογόνες ουσίες, σύμφωνα με το νέο έγγραφο. Τέτοιοι οργανισμοί, λέει ο Θωμάς, θα μπορούσαν να αξίζουν να σπουδάσουν για να μάθουν περισσότερα για τις αντικαρκινικές τους προστασίες για ιατρική χρήση.
Αλλά υπάρχει ένας λόγος που η προέλευση του φύλου θεωρείται ένα δύσκολο πρόβλημα στην εξελικτική βιολογία. Σύμφωνα με την εκτίμηση του Νεϊμάν, υπάρχουν στοιχεία της νέας θεωρίας που δεν προστίθενται αρκετά - τουλάχιστον όχι ακόμη. Η σπανιότητα των μεταδοτικών καρκίνων μεταξύ των πλασμάτων σήμερα, για παράδειγμα, μπορεί να μην υποστηρίζει αυτή τη νέα θεωρία.
Ένα "σύμπαν στο οποίο ο καρκίνος εξηγούσε το σεξ θα απαιτούσε ότι αυτοί οι μεταδοτικοί καρκίνοι ήταν πραγματικά συνηθισμένοι", λέει ο Neiman. Αναρωτιέται επίσης για μία από τις κεντρικές υποθέσεις της θεωρίας ότι η γενετική διακριτικότητα των γονέων και των απογόνων θα ήταν στην πραγματικότητα ένας παράγοντας για την επιτυχή καταπολέμηση των καρκινικών λοιμώξεων. "Δεν είμαι βέβαιος ότι έχει δοκιμαστεί καλά και είναι πολύ βασική υπόθεση".
Ο Θωμάς παραδέχεται ότι η υπόθεση της ομάδας του πρέπει να επικυρωθεί μέσω πειραματισμού, που σε αυτό το σημείο λείπει. "Προτείνουμε στο έγγραφο διάφορες οδηγίες για αυτό, το πιο κομψό θα ήταν να χρησιμοποιήσουμε την κλωνοποίηση ζώων για να αξιολογήσουμε τον κίνδυνο μετάδοσης καρκίνων που σχετίζεται με την ασεξουαλική αναπαραγωγή", λέει. Εάν η νέα θεωρία της σεξουαλικής αναπαραγωγής είναι σωστή, η πιθανότητα ότι μια μητέρα περνά τα καρκινικά κύτταρα στους απογόνους της θα πρέπει να είναι υψηλότερη αν το έμβρυο είναι ένας εμφυτευμένος κλώνος της μητέρας και όχι ένα γενετικά διακριτό έμβρυο.
Η ομάδα εργάζεται επίσης με κλωνοποιημένη Ύδρα, θαλάσσιους οργανισμούς που μπορούν να αναπαραχθούν τόσο σεξουαλικά όσο και ασευαλώς ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Σύμφωνα με τον Thomas Madsen, επιστήμονα της ζωής στο πανεπιστήμιο Deakin και συνάδελφος της νέας μελέτης, στόχος είναι να «μολυνθούν» οι υγρές κλωνικές υδρώ με τα καρκινικά κύτταρα και να διερευνηθεί η εξελικτική τους απάντηση ». Αν η νέα θεωρία του σεξ είναι σωστή, οι μολυσμένες υδρες θα πρέπει να επιλέγουν τη σεξουαλική αναπαραγωγή έναντι του ασεξουαλικού.
Αλλά η προέλευση του σεξ ήταν πάντα ακατάστατη, και ο Neiman πιστεύει ότι θα παραμείνει έτσι. «Νομίζω ότι η πολυπλοκότητα και η απληστία της βιολογίας συχνά απαιτούν αυτό που αποκαλούμε πλουραλιστικές ή πολλαπλές εξηγήσεις», λέει. "Δεν νομίζω ότι θα υπάρξει μια γενική, κομψή, ενιαία, απλή λύση, ποτέ."
