Hvorfor organismer begyndte at have sex, snarere end blot at reproducere useksuelt som livet gjorde i milliarder af år - og stadig gør det, når det gælder encellede organismer og nogle planter og svampe - er lidt af et mysterium. Seksuel reproduktion udviklede sig for omkring en milliard år siden eller mere på trods af den ekstra energi, der kræves, og den tilsyneladende hindring for at skulle finde en passende kammerat. Forhindrende teorier hævder, at køn blev den dominerende form for reproduktion på grund af fordelene ved større genetisk mangfoldighed, hvilket gjorde det muligt for afkom at tilpasse sig skiftende miljøer og holde arter et skridt foran parasitter, der udviklede sig til at plage forældrene.
Men i en ny artikel i PLOS Biology antyder et team af videnskabsfolk ledet af University of Montpellier i Frankrig og Deakin University i Australien en anden grund til, at livet startede og fortsatte med at have sex: truslen om transmitterbare, kræftfrie ladere.
”Vi foreslår, at seksuel reproduktion udvikler sig for at forhindre invasion af transmitterbare egoistiske neoplastiske snyderceller, fremover omtalt som transmissible kræftceller, ” siger Frederic Thomas, en evolutionær biolog ved University of Montpellier og hovedforfatter af undersøgelsen, i en e-mail. "Så vidt vi ved, er dette selektive scenarie for den første udvikling af sex på tværs af livets træ roman."
Kræft var ikke et problem for de tidligste livsformer, prokaryoter eller encellede organismer, der mangler en cellekerne, såsom bakterier og archaea. Disse skabninger gengiver aseksuelt og fremstiller en kopi af deres enestående kromosom og kloner sig i det væsentlige.
Men ting ændrede sig med udviklingen af eukaryoter for mere end 2, 5 milliarder år siden. Disse organismer indeholder centrale kerner, der omfatter deres genom i et sæt kromosomer. Grupper af eukaryoter blev sammen for at danne de første flercellede organismer - forgængerne for alt kompleks liv på Jorden, fra planter til insekter og krybdyr til pattedyr. Når disse organismer formerer sig, bidrages genetisk materiale fra to kammerater, hvilket skaber genetisk unikt afkom.
”Sex ser ud til at have ledsaget, direkte predated eller faktisk markeret overgangen til eukaryotisk liv, ” siger Maurine Neiman, en lektor i biologi ved University of Iowa, der studerer seksuel reproduktion, men ikke var involveret i den nye undersøgelse. Det store spørgsmål inden for evolutionær biologi, siger hun, er hvorfor.
Sex er virkelig kompliceret og ineffektiv. Mange organismer skal investere biologiske ressourcer i træk, der tjener det eneste formål at tiltrække en makker, såsom påfuglfjere. Selv selve kopulationshandlingen medfører risiko. ”Organismer sidder ofte bogstaveligt sammen, og det er ikke rigtig en stor situation i”, siger Neiman. Ideen om, at en skabning, der er succesrig nok til at nå reproduktiv modenhed, vil øde med den genetiske formel er også underlig. ”Du er en slags sikker ting, hvis du er vokset op og har haft succes. Hvorfor ville du gå og gøre en baby anderledes end dig? ”
Ved at blande genetik producerer seksuel reproduktion større genetisk mangfoldighed i en befolkning, hvilket begrænser transmission af kræftceller på tværs af individer i befolkningen. (Thomas et al. / PLOS Biologi 10.1371) En førende teori er kendt som Red Queen-hypotesen. Ideen antyder, at efterhånden som multicellulært liv udviklede sig, gjorde parasiterne og patogenerne det også. Ved at bruge sex til at skabe afkom med unikke genetiske træk, kan nogle af afkomene opnå modstand mod bugs, som ellers ville true hele arter. Seksuel reproduktion fungerer som en måde at forblive et skridt foran det evolutionære våbenløb. (Navnet på hypotesen stammer fra en erklæring fra den røde dronning til Alice i Lewis Carroll's Through the Looking-Glass : "Nu, her, forstår du, det kræver alle de løb, du kan gøre, for at holde på samme sted." )
Den nye undersøgelse antyder, at kræftceller kan betragtes som en anden form for parasit. Da de tidlige celler blev bundet sammen for at danne enkle, eukaryote organismer, ville disse organismer have været nødt til at beskytte sig mod medlemsceller, der nægtede at underordne sig hele - “interne snyderi celler” eller kræftceller. Tidlige multicellulære organismer ville også have været nødvendige for at udvikle forsvar mod at invadere ondartede celler fra andre organismer eller overførbare kræftformer.
Sådanne tidlige immunsystemer ville have haft en lettere tid på at skelne mellem sunde celler og maligne lidelser, siger undersøgelsen, hvis seksuel reproduktion skabte afkom, der var genetisk adskilt fra de omgivende organismer. Målretning mod kræftceller kunne have skabt et evolutionært pres for at omfavne køn, svarende til presset fra parasitter og andre patogener.
”Ondartede celler har - i det mindste efter vores mening - den samme betydning i evolutionær biologi og økologi som ikke-selvparasitter, og derfor bør de betragtes som vigtige som parasitter og mikrobiota, ” siger Thomas. "Kræft er ikke kun en sygdom, det er en evolutionær styrke."
Denne idé kunne være en kraftfuld ny måde at tænke på evolution på, ifølge Steve Johnson, en biolog, der studerer udviklingen af interaktion mellem sex og vært-parasit ved University of New Orleans. ”Jo mere jeg tænker over det, jeg tror virkelig, at dette kunne være en meget vigtig ny tilgang, ” siger han i en e-mail. ”Jeg kan især godt lide, at de forbinder Red Queen-modellering med ideen om, at seksuel reproduktion reducerer en unik slags parasit, de transmitterbare kræftceller.”
”Du kan tænke på kræft som dette egoistiske fænomen, der dør med individet, ” tilføjer Neiman. ”Men hvad nu hvis det ikke gjorde det? Hvordan ville det ændre det evolutionære landskab? ”
I papiret redegør Thomas og kolleger for nogle af ændringerne i det evolutionære landskab, de ville forvente at se, om deres hypotese er korrekt. Overførbare kræftformer, for eksempel, vil sandsynligvis være sjældne i seksuelt reproducerende arter, og dette er faktisk tilfældet. Der findes kun en håndfuld eksempler, såsom Tasmanianske djævel i ansigtet og leukæmi i nogle muslinger.
Holdet forudser, at de fleste aseksuelt reproducerende arter enten ville være relativt unge eller els specielt tilpasset til at modstå kræft. Og faktisk fandt de, at ca. halvdelen af kendte aseksuelle afstamninger vurderes at være mindre end 500.000 år gamle. ”De resterende 50 procent af afstamningerne består af evolutionært skandaløse” organismer, der vides at være resistente over for mutagener, siger den nye artikel. Sådanne organismer, siger Thomas, kunne være værd at studere for at lære mere om deres anticancerbeskyttelse til medicinsk brug.
Men der er en grund til, at kønets oprindelse betragtes som et hårdt problem inden for evolutionær biologi. Efter Neimans skøn er der elementer i den nye teori, der ikke helt tilføjer - i det mindste endnu ikke. Sjældenheden ved overførbare kræftformer blandt skabninger i dag, for eksempel, understøtter muligvis ikke denne nye teori.
Et "univers, hvor kræft forklarede sex, ville kræve, at disse smitsomme kræftformer virkelig var ganske almindelige, " siger Neiman. Hun undrer sig også over en af de centrale antagelser i teorien om, at forældres og afkoms genetiske særpræg faktisk ville være en faktor i succes med at bekæmpe kræftinfektion. ”Jeg er ikke sikker på, at det er blevet testet godt, og det er en meget vigtig antagelse.”
Thomas indrømmer, at hans teams hypotese skal valideres gennem eksperimentering, som på dette tidspunkt mangler. ”Vi foreslår i papiret adskillige retninger hertil, det mest elegante ville være at bruge kloning af dyr til at evaluere risikoen for kræftcelleoverførsel forbundet med aseksuel reproduktion, ” siger han. Hvis den nye teori om seksuel reproduktion er korrekt, bør sandsynligheden for, at en mor overfører kræftceller til hendes afkom, være større, hvis embryoet er en implanteret klon af moderen snarere end et genetisk distinkt embryo.
Holdet arbejder også med klonede hydra, marine organismer, der kan reproducere både seksuelt og aseksuelt afhængigt af miljøforholdene. Ifølge Thomas Madsen, en livsvidenskabsmand ved Deakin University og medforfatter til den nye undersøgelse, er målet at "forsøge at" inficere "sunde klonale hydraer med kræftceller og undersøge deres evolutionære respons." Hvis den nye teori om sex er korrekt, inficerede hydras bør vælge seksuel reproduktion frem for aseksuel.
Men sexens oprindelse har altid været rodet, og Neiman mener, at det vil forblive på den måde. ”Jeg tror, biologiens kompleksitet og bare rodethed ofte vil kræve det, vi kalder pluralistiske eller flere forklaringer, ” siger hun. ”Jeg tror ikke, at der nogensinde vil være en generel, elegant, enkel, enkel løsning.”
