De ce organismele au început să facă sex, mai degrabă decât să se reproducă în mod asexual, așa cum a făcut viața de miliarde de ani - și încă se întâmplă, în cazul organismelor unicelulare și al unor plante și ciuperci - este un pic de mister. Reproducerea sexuală a evoluat în urmă cu aproximativ un miliard de ani sau mai mult, în ciuda energiei adiționale necesare și aparentei dimensiuni a necesității de a găsi un partener potrivit. Teoriile predominante susțin că sexul a devenit forma dominantă a reproducerii datorită beneficiilor unei diversități genetice mai mari, permițând descendenței să se adapteze mediilor în schimbare și păstrarea speciilor cu un pas înaintea paraziților care au evoluat pentru a ciuma părinții.
Însă, într-o nouă lucrare în PLOS Biology, o echipă de oameni de știință condusă de Universitatea din Montpellier din Franța și Universitatea Deakin din Australia sugerează un alt motiv pentru care viața a început și a continuat să facă sex: amenințarea unor freeloaders canceroși transmisibili.
„Sugerăm că reproducerea sexuală evoluează pentru a preveni invazia de către celulele neoplazice transpirabile egoiste transmisibile, denumite de acum înainte celule canceroase transmisibile”, spune Frederic Thomas, biolog în evoluție la Universitatea din Montpellier și autorul principal al studiului. „Din câte știm, acest scenariu selectiv pentru evoluția inițială a sexului în arborele vieții este inedit.”
Cancerul nu a fost o problemă pentru primele forme de viață, procariote sau organisme unicelulare care nu au un nucleu celular, cum ar fi bacteriile și arhaea. Aceste creaturi se reproduc asexual, făcând o copie a cromozomului lor singular și clonând în esență.
Dar lucrurile s-au schimbat odată cu evoluția eucariotei cu mai bine de 2, 5 miliarde de ani în urmă. Aceste organisme conțin nuclee centrale care înglobează genomii lor într-un set de cromozomi. Grupuri de eucariote s-au unit pentru a forma primele organisme multicelulare - predecesorii întregii vieți complexe de pe Pământ, de la plante la insecte și reptile la mamifere. Atunci când aceste organisme se reproduc, materialul genetic este contribuit de la doi colegi, creând urmași unic genetic.
„Sexul pare să fi însoțit, predat direct sau a marcat efectiv trecerea la viața eucariotă”, spune Maurine Neiman, profesor asociat de biologie la Universitatea din Iowa, care studiază reproducerea sexuală, dar nu a fost implicată în noul studiu. Marea întrebare din biologia evolutivă, spune ea, este motivul pentru care.
Sexul este într-adevăr complicat și ineficient. Multe organisme trebuie să investească resurse biologice în trăsături care servesc singurul scop de a atrage o pereche, cum ar fi pene de păun. Chiar și actul de copulare în sine are risc. „Organismele sunt adesea înfipte literalmente și nu este într-adevăr o situație grozavă”, spune Neiman. Este ciudată ideea că o creatură suficient de reușită pentru a atinge maturitatea reproducerii. „Ești un lucru sigur dacă ai crescut și ai avut succes. De ce ai vrea să faci un copil diferit de tine? "
Combinând genetica, reproducerea sexuală produce o mai mare diversitate genetică într-o populație, limitând transmiterea celulelor canceroase la persoane fizice din populație. (Thomas și colab. / PLOS Biology 10.1371) O teorie principală este cunoscută sub numele de ipoteza Reginei Roșii. Ideea sugerează că pe măsură ce viața multicelulară a evoluat, la fel au făcut paraziții și agenții patogeni care au afectat-o. Folosind sexul pentru a crea urmași cu trăsături genetice unice, unii dintre urmași pot dobândi rezistențe la bug-urile care altfel ar amenința specii întregi. Reproducerea sexuală servește ca o modalitate de a păstra un pas înaintea cursei evolutive a armelor. (Numele ipotezei vine de la o declarație a reginei roșii către Alice în „ The Look-Glass ” de Lewis Carroll: „Acum, vedeți, este nevoie de tot alergatul pe care îl puteți face, pentru a vă menține în același loc.” )
Noul studiu sugerează că celulele canceroase pot fi considerate o altă formă de parazit. Pe măsură ce celulele timpurii s-au reunit pentru a forma organisme unice, eucariote, aceste organisme ar fi trebuit să se protejeze de celulele membre care au refuzat să se subordoneze întregului - „celule cheater interne” sau celule canceroase. Organismele multicelulare timpurii ar fi trebuit, de asemenea, să dezvolte apărarea împotriva celulelor maligne invadatoare de la alte organisme sau a cancerelor transmisibile.
Astfel de sisteme imunitare timpurii ar fi avut o perioadă mai ușoară de diferențiere între celulele sănătoase și tumorile maligne, susține studiul, dacă reproducerea sexuală ar crea descendenți care sunt genetic diferențiați de organismele din jur. Direcționarea celulelor canceroase ar fi putut crea o presiune evolutivă pentru a îmbrățișa sexul, similar cu presiunea din paraziți și alți agenți patogeni.
„Celulele maligne - cel puțin în opinia noastră - au aceeași importanță în biologia și ecologia evolutivă ca paraziți care nu sunt de sine și, prin urmare, ar trebui să fie considerate la fel de importante ca paraziți și microbiote”, spune Thomas. Cancerul nu este doar o boală, ci este o forță evolutivă.
Această idee ar putea fi o nouă modalitate puternică de a gândi despre evoluție, potrivit lui Steve Johnson, un biolog care studiază evoluția sexului și a interacțiunilor gazdă-parazit la Universitatea din New Orleans. „Cu cât mă gândesc mai mult la asta, cred cu adevărat că aceasta ar putea fi o abordare nouă foarte importantă”, spune el într-un e-mail. „Îmi place în mod deosebit legătura dintre modelele reginei roșii și ideea că reproducerea sexuală reduce un tip unic de parazit, celulele canceroase transmisibile.”
„Poți gândi la cancer ca la acest fenomen egoist care moare odată cu individul”, adaugă Neiman. „Dar ce se întâmplă dacă nu? Cum ar schimba asta peisajul evolutiv? ”
În lucrare, Thomas și colegii prezintă câteva dintre modificările aduse peisajului evolutiv la care s-ar aștepta să vadă dacă ipoteza lor este corectă. Cancerele transmisibile, de exemplu, ar fi rare în speciile care se reproduc sexual și acesta este de fapt cazul. Doar câteva mii de exemple există, cum ar fi leziunile faciale ale diavolului tasmanian și leucemia în unele scoici.
Echipa prezice, de asemenea, că majoritatea speciilor care se reproduc asexual ar fi relativ tinere sau sunt special adaptate pentru a rezista cancerului. Și, într-adevăr, au descoperit că aproximativ jumătate din descendențele asexuale cunoscute sunt estimate la mai puțin de 500.000 de ani. „Restul de 50 la sută dintre linii constă în organisme evoluționiste scandalos” cunoscute ca fiind rezistente la mutagene, spune noua lucrare. Astfel de organisme, spune Thomas, ar putea merita studiate pentru a afla mai multe despre protecțiile anticanceroase pentru uz medical.
Există însă un motiv pentru care originea sexului este considerată o problemă grea în biologia evolutivă. În estimarea lui Neiman, există elemente ale noii teorii care nu se adaugă - cel puțin nu încă. Raritatea cancerelor transmisibile dintre creaturi astăzi, de exemplu, nu poate susține această nouă teorie.
Un univers în care cancerul explica sexul ar necesita ca acele tipuri de cancer contagioase să fie într-adevăr destul de comune, spune Neiman. De asemenea, se întreabă despre una dintre ipotezele centrale ale teoriei, că distinctivitatea genetică a părinților și a urmașilor ar fi de fapt un factor în lupta cu succes împotriva infecției canceroase. "Nu sunt sigur că a fost bine testat și este o presupunere foarte importantă."
Thomas admite că ipoteza echipei sale trebuie validată prin experimentare, care în acest moment lipsește. „Propunem în lucrare mai multe direcții pentru asta, cea mai elegantă ar fi utilizarea clonării animalelor pentru a evalua riscul transmiterii celulelor canceroase asociate cu reproducerea asexuală”, spune el. Dacă noua teorie a reproducerii sexuale este corectă, probabilitatea ca o mamă să treacă celulele canceroase urmașilor ei ar trebui să fie mai mare dacă embrionul este o clonă implantată a mamei, mai degrabă decât un embrion distinct genetic.
Echipa lucrează de asemenea cu hidra clonată, organisme marine care se pot reproduce atât sexual cât și asexual în funcție de condițiile de mediu. Potrivit lui Thomas Madsen, un om de știință de viață la Universitatea Deakin și coautor al noului studiu, obiectivul este „să încerce să„ infecteze ”hidrele clonale sănătoase cu celulele canceroase și să investigheze răspunsul lor evolutiv.” Dacă noua teorie a sexului este corectă, hidrele infectate ar trebui să aleagă reproducerea sexuală peste asexual.
Dar originea sexului a fost întotdeauna dezordonată, iar Neiman crede că va rămâne așa. „Cred că complexitatea și pur și simplu mizeria biologiei va solicita deseori ceea ce numim explicații pluraliste sau multiple”, spune ea. "Nu cred că va exista vreodată o soluție generală, elegantă, simplă și simplă."
