Ptáci, včely, šimpanzi, lidé – všichni to děláme, ale málokdo si uvědomuje, že pohlavní rozmnožování se ve skutečnosti poprvé vyvinulo u tvorů, kteří se od nás značně liší.
Jací tedy byli a jak to všechno začalo? Jaký je skutečný příběh ptáků a včel?
Úsvit pohlavního rozmnožování byl pro vědce vždy záhadou. Dnes se na Zemi 99 % mnohobuněčných tvorů – velkých organismů, které vidíme – rozmnožuje pohlavně. Všechny mají své jedinečné mechanismy, ale proč se tento proces vyvinul, je vlastně předmětem velké záhady.
I pro Darwina, otce evoluce, byl sex matoucí
I pro Darwina, otce evoluce, byl sex matoucí. V roce 1862 napsal: „Ani v nejmenším nevíme, co je konečnou příčinou pohlavnosti; proč by spojením dvou pohlavních prvků měly vznikat nové bytosti. Celé téma je zatím skryto v temnotách.“
Mnoho živočišných druhů je sexem zcela zaujato a vynaloží velké úsilí, aby získaly partnera. Sameček ptáka bahňáka staví složitá hnízda, aby zapůsobil na samičky; ocas samičky svítícího červa jasně hoří, aby nalákal samečka; dokonce i parfém produkovaný květinou je jen chytrý trik, jak přilákat hmyz, který sebere pyl a pak se vydá k sousedním rostlinám, aby je přitom oplodnil.
I při vší této fascinující rozmanitosti postupují všechny pohlavně se rozmnožující organismy stejnou základní cestou ke vzniku nového potomstva – dva příslušníci téhož druhu spojí svou DNA a vytvoří nový genom.
Předtím, než se vyvinulo pohlaví, probíhalo veškeré rozmnožování nepohlavně, což v podstatě znamená dělením buněk
Předtím, než se vyvinulo pohlaví, probíhalo veškeré rozmnožování nepohlavně, což v podstatě znamená dělením buněk – organismus se doslova rozdělí napůl a vzniknou dva.
Jedná se o jednoduchý mechanismus kopírování a dělení, který alespoň někdy provádějí všechny bakterie, většina rostlin a dokonce i někteří živočichové.
Mechanismus asexuálního rozmnožování je mnohem účinnější a méně chaotický než rozmnožování pohlavní. Asexuální druh nemusí ztrácet čas a energii hledáním a ohromováním partnera, prostě roste a dělí se na dvě části. Srovnejte to s problematickým a někdy i nebezpečným procesem získávání partnera pro pohlavní rozmnožování.
Asexuální druh nemusí ztrácet čas a energii hledáním a ohromováním partnera
A pak jsou tu další zřejmé náklady sexu. Spojení částí dvou samostatných genomů vyžaduje jiný druh procesu – vajíčko musí být oplodněno. Znamená to také, že každý rodič předá potomkovi pouze polovinu svých genů. Asexuální rodiče naproti tomu produkují potomky, kteří jsou v podstatě uhlíkovými kopiemi sebe sama, což zní jako lepší přístup pro svět, ve kterém nám říkají, že naše geny chtějí sobecky zajistit své přežití.
Takže, když si toto všechno uvědomíme, proč by se tolik druhů mělo vydávat dlouhou a klikatou cestou pohlavního rozmnožování, když je k dispozici přímá cesta? Sex musí nabízet nějakou evoluční výhodu, která převáží nad zjevnými nevýhodami.
V roce 1886 navrhl německý evoluční biolog August Weismann jednu takovou výhodu. Řekl, že pohlavní rozmnožování přeskupuje geny a vytváří „individuální rozdíly“, na které působí přírodní výběr. V podstatě je sex příležitostí pro dva organismy téhož druhu, aby spojily své zdroje.
V některých studiích byly nepohlavně se rozmnožující druhy přiměny k tomu, aby se staly pohlavními
Někteří jejich potomci ponesou výhodnou směs dobrých genů od obou rodičů, což znamená, že budou lépe reagovat na stresy prostředí, které by nepohlavní druhy vystavily vážnému nebezpečí. Ve skutečnosti může sex dokonce urychlit tempo evoluce – což je zřejmá výhoda, pokud se rychle mění i podmínky prostředí.
Důkazem těchto výhod sexu jsou studie, v nichž byly nepohlavně se rozmnožující druhy přiměny k tomu, aby se z nich staly druhy pohlavně se rozmnožující. Primitivní jednobuněčné organismy si obvykle vystačí s nepohlavním rozmnožováním, ale pokud je stres prostředí velký, mohou se proměnit v pohlavní druhy.
Stres prostředí může být cokoli, od nepatrné změny počasí až po zásah meteoritem.
Původ pohlavního rozmnožování byl dlouho záhadou, částečně proto, že pozorujeme svět takový, jaký je nyní, kde se daří mnoha nepohlavním organismům a některé organismy, které se mohou rozmnožovat oběma způsoby, zřejmě stále dávají přednost nepohlavnímu rozmnožování. Mezi tyto organismy patří například kvasinky, plži, hvězdice a mšice.
Ve skutečnosti však způsob rozmnožování, který si zvolí, závisí na okolních podmínkách prostředí, které je obklopuje – většina z nich se rozmnožuje pohlavně pouze v době stresu a po zbytek času se rozmnožuje nepohlavně.
Ale raný svět byl mnohem nehostinnějším místem, kde se prostředí často velmi rychle měnilo. Za těchto okolností mohla vysoká míra mutací za vhodných podmínek donutit asexuální organismus, aby se stal pohlavním.
O vzniku pohlavního rozmnožování nám může více napovědět fosilní záznam uložený v horninách, ale fosilie jsou řídké a těžko se hledají, takže je těžké říci, co se přesně stalo. Chris Adami z Michiganské státní univerzity se na tento proces dívá teoreticky.
Sex znamená výběr dobrého partnera, a tedy výběr lepší budoucnosti pro potomky
Adami vysvětluje, že na evoluci se můžeme dívat z hlediska informací – věcí, které potřebujeme znát, abychom byli schopni přežít. Evoluce je podle něj o „uchovávání a získávání informací – čím více toho víte, tím jste lepší“.
Jde tedy o proces „učení“ – organismus se „učí“ nové informace, zejména v měnícím se prostředí, a tyto poznatky předává (ve své DNA) dalším generacím, aby jim pomohl přežít.
Pohlaví to umožňuje efektivněji a nabízí druhům snazší způsob, jak si „zapamatovat“ užitečné informace – jsou zakódovány v jejich genech. Je to proto, že tento proces zahrnuje výběr sexuálního partnera, který sám dosáhl sexuální zralosti tím, že učinil správná rozhodnutí. Sex znamená výběr dobrého partnera, a tedy výběr lepší budoucnosti pro potomky.
„Získávání a udržování informací je nezbytné pro fungování evoluce – pamatování si starého a představování si budoucnosti.“
Tento prvek výběru pomáhá vysvětlit další záhadu: proč potřebujeme samce? Pokud jen polovina potomků – dcery – skutečně zplodí potomky, proč se evoluce obtěžovala se syny? Proč neměli být všichni potomci schopni produkovat mláďata?“
Darwinovo řešení záhady samců spočívalo v tom, že naznačil, že přirozený výběr není jediným evolučním tlakem působícím na pohlaví. Dělo se i něco jiného – něco, co Darwin nazval pohlavním výběrem. To je v podstatě upřednostňování určitých vlastností u jedinců druhého pohlaví jedním pohlavím.
Proč se evoluce zabývala syny? Proč neměli být všichni potomci schopni plodit mláďata?
Studie publikovaná v roce 2015 zjistila, že pro samce je životně důležité, aby soupeřili o reprodukci a samice si mezi těmito soupeřícími samci vybíraly. Pohlavní výběr prostřednictvím existence dvou pohlaví udržuje zdraví populace a ochranu před vymíráním
Pomáhá udržovat pozitivní genetickou variabilitu v populaci. Při soupeření s rivaly a lákání partnerů v boji o reprodukci musí být jedinec dobrý ve většině věcí, takže pohlavní výběr poskytuje důležitý a účinný filtr pro udržení a zlepšení genetického zdraví populace.
Zjištění pomáhají vysvětlit, proč pohlaví přetrvává jako dominantní mechanismus pro produkci potomstva. V konečném důsledku určuje, kdo dostane možnost reprodukovat své geny do další generace.
Sex, jak ho známe, lze vystopovat přinejmenším až k primitivní rybě
Sex je rozšířená a velmi mocná evoluční síla, ale kdy vlastně došlo k evoluci sexu a jaké druhy tvorů s ním začaly jako první?
Většina myslících lidí přijímá evoluční teorii, podle níž se člověk vyvinul ze společného předka, kterého máme s opicemi, které se zase vyvinuly z ještě primitivnějších organismů. Tyto myšlenky se datují do roku 1871, kdy Darwin publikoval knihu The Descent of Man and Selection in Relation to Sex (Původ člověka a výběr ve vztahu k pohlaví).
Evoluci sexu, jak ji známe, lze však ve skutečnosti vysledovat mnohem dále než k našim opičím předkům. Sahá přinejmenším až k primitivní rybě Microbrachius dicki. Fosilní důkaz o tom byl nalezen v horninách starých 385 milionů let ve Skotsku.
„Microbrachius“ znamená „malé ruce“, ale teprve nedávno si vědci uvědomili, k čemu tyto malé ruce sloužily. Na pažích jsou malé přísavky a pečlivá analýza zkamenělin ukázala, že samičí verze ryby měly malé destičky, které samčí verze uzamkly na místě, ne nepodobné suchému zipu: paže se podílely na pohlavním rozmnožování.
Abychom však pochopili skutečný původ pohlavního rozmnožování, musíme se vrátit v čase o 1,2 miliardy let zpět
Nejde však jen o jakýkoli druh pohlavního rozmnožování. Tyto ryby byly nejstaršími nám známými obratlovci, kteří se rozmnožovali vnitřním oplozením, jako to dělá člověk. Byly také prvním druhem, který vykazoval to, co biologové nazývají pohlavní dimorfismus: samci a samice vypadají každý jinak
Většina dnešních ryb se ve skutečnosti rozmnožuje uvolňováním jiker a spermií mimo tělo. Vědci si nejsou jisti, proč se u M. dicki vyvinul systém vnitřního oplození, ale skutečnost, že se tak stalo, vydláždila cestu pohlavnímu rozmnožování v jeho nejznámější podobě.
Abychom však pochopili skutečný původ pohlavního rozmnožování, musíme se vrátit v čase ještě dál. Víme, že všechny pohlavně se rozmnožující organismy vzešly z jednoho společného předka, takže je třeba analyzovat stopy, které se nacházejí v řídkém fosilním záznamu, abychom zjistili, kde a kdy tento předek žil.
Vědci hledají stopy právě v horninách v Arktické Kanadě. Horniny byly uloženy v mořském přílivovém prostředí před 1,2 miliardami let a obsahují fosilie, které nám vypovídají o prvním pohlavním rozmnožování.
Fosilie s názvem Bangiomorpha pubescens je mnohobuněčný organismus, který se pohlavně rozmnožoval, což je nejstarší zaznamenaný výskyt ve fosilním záznamu. B. pubescens nebyla ryba nebo dokonce živočich. Byla to forma červené řasy nebo mořské řasy. Byla to mořská řasa, která měla poprvé pohlavní styk.
Důkazem toho, že se tyto fosilie pohlavně rozmnožovaly, je zjištění, že spory nebo pohlavní buňky, které vytvářely, byly ve dvou formách – samčí a samičí. Dnes víme, že červeným řasám chybí spermie, které by aktivně plavaly. Při transportu svých rozmnožovacích buněk se spoléhají na vodní proudy, což je pravděpodobně způsob, jakým to dělaly posledních 1,2 miliardy let.
Byly to mořské řasy, které měly první pohlaví
Červené řasy jsou jednou z největších a nejstarších skupin řas, čítající asi 5 000 až 6 000 druhů převážně mnohobuněčných mořských řas, včetně mnoha pozoruhodných mořských řas
Jsou velmi rozmanitou skupinou, která si po dobu 1,2 miliardy let zachovala velmi podobný vzhled. Díky této dlouhověkosti je lze označit za „živé fosilie“ – jsou pozůstatkem minulosti, který nám připomíná, odkud pocházíme.
Je to právě neobvykle drsné a proměnlivé prostředí, ve kterém B. pubescens žila, co mohlo způsobit, že se před 1,2 miliardami let vyvinul sex.
Vysvětluje Galén Halverson z McGillovy univerzity v kanadském Montrealu: „S ohledem na klima se zdá, že fosilie Bangiomorpha pubescens se objevily přibližně ve stejné době, kdy skončily stovky milionů let relativní ekologické stáze. V této době vidíme velké poruchy v koloběhu uhlíku a kyslíku, což naznačuje velké změny prostředí.“
V této době byl sex rozhodující pro následný úspěch a evoluci mnohobuněčných organismů. Tyto fosilie tedy znamenají významný pokrok ve vývoji života. Halverson dodává; „Jaké jsou souvislosti mezi pohlavním rozmnožováním, mnohobuněčností, okysličováním a globálním koloběhem uhlíku, zůstává mlhavé, ale je těžké nepředpokládat, že tyto události spolu úzce souvisejí.“
Studium těchto hornin k pochopení druhu prostředí, které umožnilo vývoj sexu, a následně k pochopení vzniku mnohobuněčnosti na naší planetě, informuje nejen o naší minulosti a o tom, odkud pocházíme, ale také o možnostech vývoje života na jiných planetách.
Je těžké si představit, že by mořské řasy byly iniciátorem sexuální revoluce, ale byl to právě tento významný evoluční vývoj před 1,2 miliardy let, který připravil půdu pro život na Zemi, jak ho známe.
Vivien Cumming je na Twitteru a Instagramu: @drvivcumming
Přidejte se k více než pěti milionům fanoušků BBC Earth tím, že nám dáte lajk na Facebooku, nebo nás sledujte na Twitteru a Instagramu.
Pokud se vám tento článek líbil, přihlaste se k odběru týdenního zpravodaje bbc.com features s názvem „If You Only Read 6 Things This Week“. Ručně vybraný výběr příběhů z BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel a Autos, který vám každý pátek přijde do schránky.