Linnut, mehiläiset, simpanssit, ihmiset – me kaikki harrastamme seksiä, mutta vain harvat ymmärtävät, että sukupuolinen lisääntyminen kehittyi alunperin olentojen keskuudessa, jotka erosivat huomattavasti meistä.
Mitkä siis olivat ne olennot, ja miten se kaikki alkoi? Mikä on lintujen ja mehiläisten todellinen tarina?
Seksuaalisen lisääntymisen alku on aina ollut tutkijoiden arvoitus. Nykyään maapallolla 99 prosenttia monisoluisista eliöistä – suurista eliöistä, jotka voimme nähdä – lisääntyy sukupuolisesti. Kaikilla on omat ainutlaatuiset mekanisminsa, mutta miksi tämä prosessi kehittyi, on itse asiassa suuri mysteeri.
Jopa evoluution isälle Darwinille seksi oli hämmentävää
Jopa evoluution isälle Darwinille seksi oli hämmentävää. Hän kirjoitti vuonna 1862: ”Emme edes vähääkään tiedä seksuaalisuuden lopullista syytä; miksi kahden sukupuolielementin yhdistymisestä syntyisi uusia olentoja. Koko aihe on vielä pimeyden peitossa.”
Monet lajit ovat täysin huolissaan sukupuolesta, ja ne tekevät kaikkensa saadakseen itselleen puolison. Uroslintu rakentaa taidokkaita pesiä tehdäkseen vaikutuksen naaraaseen; naaraan hehkumaton pyrstö palaa kirkkaana houkutellakseen uroksen; jopa kukan tuottama hajuvesi on yksinkertaisesti ovela temppu houkutellakseen hyönteisiä, jotka poimivat siitepölyä ja suuntaavat sitten viereisiin kasveihin hedelmöittäen ne samalla.
Kaikesta kaikesta tästä lumoavasta moninaisuudesta huolimatta, kaikki seksuaalisesti lisääntyvät organismit noudattavat samaa perusreittiä saadakseen aikaan uusia jälkeläisiä – kaksi saman lajin jäsentä yhdistävät dna:nsa ja tuottavat näin uuden genomin.
Ennen sukupuolen kehittymistä kaikki lisääntyminen tapahtui suvuttomasti, mikä tarkoittaa pohjimmiltaan solunjakautumista
Ennen sukupuolen kehittymistä kaikki lisääntyminen tapahtui suvuttomasti, mikä tarkoittaa pohjimmiltaan solunjakautumista – eliö kirjaimellisesti jakautuu kahtia muodostaen kaksi.
Se on yksinkertainen kopioi ja jaa -mekanismi, ja sitä tekevät kaikki bakteerit, useimmat kasvit ja jopa jotkut eläimet ainakin joskus.
Asukupuolisen lisääntymisen mekanismi on paljon tehokkaampi ja vähemmän sotkuinen kuin seksuaalinen lisääntyminen. Sukupuolettoman lajin ei tarvitse tuhlata aikaa ja energiaa kumppanin etsimiseen ja vaikuttamiseen, vaan se vain kasvaa ja jakautuu kahtia. Sitä vastakohtana on hankala ja joskus vaarallinen prosessi houkutella kumppani seksuaalista lisääntymistä varten.
Aseksuaalisen lajin ei tarvitse tuhlata aikaa ja energiaa kumppanin etsimiseen ja vaikutuksen tekemiseen
Ja sitten on vielä muutkin seksin ilmeiset kustannukset. Kahden erillisen genomin osien yhdistäminen vaatii toisenlaisen prosessin – munasolu on hedelmöitettävä. Se tarkoittaa myös sitä, että kumpikin vanhempi siirtää vain puolet geeneistään jälkeläisille. Sukupuoliset vanhemmat sen sijaan tuottavat jälkeläisiä, jotka ovat periaatteessa hiilikopioita itsestään, mikä kuulostaa paremmalta lähestymistavalta maailmassa, jossa meille kerrotaan, että geenimme haluavat itsekkäästi taata selviytymisensä.
Kun otetaan kaikki tämä huomioon, miksi niin monet lajit valitsevat sukupuolisen lisääntymisen pitkän ja mutkikkaan reitin, kun tarjolla on suoraviivainen tie? Seksin on tarjottava jokin evolutiivinen etu, joka ylittää ilmeiset haitat.
Vuonna 1886 saksalainen evoluutiobiologi August Weismann ehdotti yhtä tällaista etua. Hän sanoi, että seksuaalinen lisääntyminen sekoittaa geenejä uudelleen luoden ”yksilöllisiä eroja”, joihin luonnonvalinta vaikuttaa. Periaatteessa seksi on kahden samaan lajiin kuuluvan organismin mahdollisuus yhdistää voimavaransa.
Joissakin tutkimuksissa suvuttomasti lisääntyvät lajit on saatu houkuteltua muuttumaan sukupuolisiksi.
Joskus niiden jälkeläiset kantavat suotuisaa yhdistelmää molempien vanhempien hyvistä geeneistä, mikä tarkoittaa sitä, että ne pystyvät vastaamaan paremmin ympäristön aiheuttamiin stressitekijöihin, jotka jättäisivät suvuttomasti lisääntyvät lajit vakavaan vaaraan. Itse asiassa sukupuoli saattaa jopa nopeuttaa evoluutiota – mikä on ilmeinen etu, jos myös ympäristöolosuhteet muuttuvat nopeasti.
Täydellinen todiste näistä sukupuolen eduista saadaan tutkimuksista, joissa suvuttomasti lisääntyviä lajeja on houkuteltu muuttumaan sukupuolisesti lisääntyviksi. Alkukantaiset yksisoluiset organismit pärjäävät yleensä hyvin suvuttomalla lisääntymisellä, mutta jos ympäristöstressi on suuri, ne voivat muuttua sukupuolisiksi lajeiksi.
Ympäristöstressi voi olla mitä tahansa pienestä sään muutoksesta meteoriitin iskuun.
Sukupuolisen lisääntymisen alkuperä on ollut pitkään mysteeri osittain siksi, että tarkkailemme maailmaa sellaisena kuin se on nykyäänkin, jossa monet suvuttomat eliöt kukoistavat, ja jotkin molemmilla tavoilla lisääntymiseen kykenevistä eliölajeista tuntuvat suosivan edelleenkin suvuttomia lajeja. Tällaisia organismeja ovat esimerkiksi hiiva, etanat, meritähdet ja kirvat.
Mutta itse asiassa niiden valitsema lisääntymistapa riippuu niitä ympäröivistä ympäristöolosuhteista – useimmat lisääntyvät sukupuolisesti vain stressin aikana ja lisääntyvät suvuttomasti muun ajan.
Mutta alkuaikojen maailma oli paljon inhorealistisempi paikka, jossa ympäristö muuttui usein hyvin nopeasti. Näissä olosuhteissa korkeat mutaatioluvut olisivat voineet oikeissa olosuhteissa pakottaa suvuttoman eliön muuttumaan sukupuoliseksi.
Kallioperässä olevat fossiilit voivat kertoa meille enemmän sukupuolisen lisääntymisen alkuperästä, mutta fossiileja on niukasti ja niitä on vaikea löytää, joten on vaikea sanoa, mitä tarkalleen ottaen tapahtui. Chris Adami Michiganin osavaltionyliopistosta tarkastelee prosessia teoreettisesti.
Seksi tarkoittaa hyvän kumppanin valitsemista ja siten jälkeläisten paremman tulevaisuuden valitsemista.
Adami selittää, että evoluutiota voi tarkastella informaation näkökulmasta – asioiden, jotka on tiedettävä selviytyäkseen. Evoluutiossa on kyse ”tiedon säilyttämisestä ja tiedon hankkimisesta – mitä enemmän tiedät, sitä parempi olet”, hän sanoo.
Evoluutio on siis ”oppimisprosessi” – eliö ”oppii” uutta tietoa erityisesti muuttuvassa ympäristössä, ja eliö siirtää nämä opit (DNA:ssaan) seuraavalle sukupolvelle auttaakseen sitä selviytymään.
Sukupuoli mahdollistaa tämän tehokkaammin tarjoten lajeille helpomman tavan, jolla ne voivat ”painaa mieleensä” hyödyllistä tietoa – se on koodattu niiden geeneihin. Tämä johtuu siitä, että prosessissa valitaan seksikumppani, joka on itse saavuttanut seksuaalisen kypsyyden tekemällä hyviä valintoja. Seksi tarkoittaa hyvän kumppanin valitsemista ja siten paremman tulevaisuuden valitsemista jälkeläisille.”
”Tiedon hankinta ja ylläpito ovat välttämättömiä, jotta evoluutio voi toimia – vanhan muistaminen ja tulevaisuuden kuvitteleminen.”
Tämä valinnan elementti auttaa selittämään toisen arvoituksen: miksi tarvitsemme miehiä? Jos vain puolet jälkeläisistä – tyttäret – todella tuottaa jälkeläisiä, miksi evoluutio vaivautui poikien kanssa? Miksei kaikkien jälkeläisten olisi pitänyt olla kykeneviä tuottamaan poikalapsia?
Darwinin ratkaisu urospuoliseen arvoitukseen oli esittää, että luonnonvalinta ei ollut ainoa sukupuoleen vaikuttava evolutiivinen paine. Jotain muutakin oli meneillään – jotakin, jota Darwin kutsui seksuaaliseksi valinnaksi. Se on pohjimmiltaan toisen sukupuolen mieltymystä tiettyihin ominaisuuksiin toisen sukupuolen yksilöissä.
Miksi evoluutio vaivautui poikien kanssa? Miksei kaikkien jälkeläisten pitänyt olla kykeneviä tuottamaan poikasia?
Vuonna 2015 julkaistussa tutkimuksessa todettiin, että on elintärkeää, että urokset kilpailevat lisääntymisestä ja naaraat valitsevat näiden kilpailevien urosten välillä. Sukupuolivalinta kahden sukupuolen olemassaolon kautta ylläpitää populaation terveyttä ja suojaa sukupuuttoa vastaan.
Se auttaa ylläpitämään positiivista geneettistä vaihtelua populaatiossa. Kun yksilön on kilpailtava kilpailijoita vastaan ja houkuteltava kumppaneita lisääntymiskamppailussa, sen on oltava hyvä useimmissa asioissa, joten sukupuolivalinta tarjoaa tärkeän ja tehokkaan suodattimen populaation geneettisen terveyden ylläpitämiseksi ja parantamiseksi.
Havainnot auttavat selittämään, miksi sukupuoli säilyy hallitsevana mekanismina jälkeläisten tuottamisessa. Se sanelee viime kädessä sen, kuka saa lisääntyä geeneistään seuraavaan sukupolveen.
Seksi sellaisena kuin me sen tunnemme, voidaan jäljittää ainakin alkukantaiseen kalaan asti.
Seksi on laajalle levinnyt ja erittäin voimakas evoluutiovoima, mutta milloin sukupuolen evoluutio oikeastaan tapahtui ja minkälaiset eliöt aloittivat sen ensimmäisenä?
Vähemmistö ajattelevista ihmisistä hyväksyy evoluutioteorian, jonka mukaan ihminen on kehittynyt yhteisestä esi-isästä, jonka jaamme apinoiden kanssa, jotka puolestaan ovat kehittyneet vielä alkukantaisemmista eliöistä. Nämä ajatukset juontavat juurensa vuoteen 1871, jolloin Darwin julkaisi teoksen The Descent of Man and Selection in Relation to Sex (Ihmisen polveutuminen ja valinta suhteessa sukupuoleen).
Seksin evoluutio sellaisena kuin me sen tunnemme, voidaan kuitenkin itse asiassa jäljittää paljon kauemmas kuin apinamaisiin esi-isiimme. Se juontaa juurensa ainakin niinkin kauas kuin alkukantaiseen kalaan nimeltä Microbrachius dicki. Fossiiliset todisteet tästä löydettiin 385 miljoonaa vuotta vanhoista kivistä Skotlannista.
”Microbrachius” tarkoittaa ”pieniä käsiä”, mutta vasta hiljattain tutkijat tajusivat, mitä varten nämä pienet kädet olivat. Käsivarsissa on pienet imukappaleet, ja fossiilien huolellinen analyysi osoitti, että kalojen naarasversioissa oli pieniä levyjä, jotka lukitsivat urosversiot paikoilleen, aivan kuten tarranauhat: käsivarret osallistuivat sukupuoliseen lisääntymiseen.
Ymmärtääksemme sukupuolisen lisääntymisen todellisen alkulähteen meidän on kuitenkin palattava ajassa taaksepäin 1,2 miljardin vuoden taaksepäin
Ei kuitenkaan mitä tahansa sukupuolista lisääntymistä. Nämä kalat olivat varhaisimmat tuntemamme selkärankaiset, jotka lisääntyivät ihmisen tavoin sisäisen hedelmöityksen avulla. Ne olivat myös ensimmäiset lajit, joissa esiintyi biologien seksuaalidimorfismiksi kutsumaa ilmiötä: urokset ja naaraat näyttävät erilaisilta.
Nykyisin useimmat kalat lisääntyvät itse asiassa vapauttamalla munasoluja ja siittiöitä kehon ulkopuolelle. Tutkijat eivät ole varmoja siitä, miksi M. dicki kehitti sisäisen hedelmöitysjärjestelmän, mutta se, että se kehitti sen, tasoitti tietä sukupuoliselle lisääntymiselle sen tunnetuimmassa muodossa.
Ymmärtääksemme sukupuolisen lisääntymisen todellisen alkulähteen, meidän on kuitenkin mentävä ajassa vielä kauemmas taaksepäin. Tiedämme, että kaikki sukupuolisesti lisääntyvät eliöt ovat peräisin yhdestä yhteisestä esi-isästä, joten on analysoitava niukassa fossiilirekisterissä olevia johtolankoja, jotta tiedämme, missä ja milloin tämä esi-isä eli.
Tutkijat etsivät johtolankoja arktisessa Kanadassa sijaitsevista kivistä. Kalliot kerrostuivat merellisiin vuorovesiympäristöihin 1,2 miljardia vuotta sitten, ja ne sisältävät fossiileja, jotka kertovat ensimmäisestä sukupuolisesta lisääntymisestä.
Fossiili nimeltä Bangiomorpha pubescens on monisoluinen organismi, joka lisääntyi sukupuolisesti, ja se on vanhin raportoitu esiintymä fossiilirekisterissä. B. pubescens ei ollut kala eikä edes eläin. Se oli eräänlainen punalevä tai merilevä. Se oli merilevä, jolla oli ensimmäisenä sukupuolta.
Todiste siitä, että nämä fossiilit lisääntyivät sukupuolisesti, on havainto, että niiden tuottamat itiöt tai lisääntymissolut olivat kahdessa muodossa – uros ja naaras. Nykyään tiedämme, että punalevillä ei ole siittiöitä, jotka uivat aktiivisesti. Ne luottavat lisääntymissolujensa kuljettamiseen vesivirtojen avulla, ja todennäköisesti ne ovat tehneet niin viimeiset 1,2 miljardia vuotta.
Se oli merilevä, jolla oli ensimmäisenä seksiä
Punalevät on yksi suurimmista ja vanhimmista leväryhmistä, ja siihen kuuluu noin 5 000-6 000 lajia pääasiassa monisoluisia merileviä, mukaan lukien monia merkittäviä merileviä.
Punalevät ovat hyvin monimuotoinen ryhmä, ja ne ovat pysyneet ulkonäöltään hyvin samankaltaisina 1,2 miljardia vuotta. Tämä pitkäikäisyys tarkoittaa, että niitä voidaan kuvailla ”eläviksi fossiileiksi” – ne ovat jäänne menneisyydestä muistuttamassa meitä siitä, mistä me tulemme.
B. pubescensin epätavallisen ankara ja muuttuva ympäristö, jossa se on elänyt, on saattanut aiheuttaa sukupuolen kehittymisen 1,2 miljardia vuotta sitten.
Galen Halverson McGillin yliopistosta Montrealissa, Kanadassa selittää: ”Ilmaston osalta näyttää siltä, että Bangiomorpha pubescens -fossiilit ilmestyivät suunnilleen samaan aikaan, kun satoja miljoonia vuosia kestänyt ympäristön suhteellinen pysähtyneisyys oli päättynyt. Näemme merkittäviä häiriöitä hiilen ja hapen kiertokulussa tänä aikana, mikä viittaa suuriin ympäristömuutoksiin.”
Tänä aikana sukupuoli oli kriittinen tekijä monisoluisten organismien myöhemmän menestyksen ja evoluution kannalta. Nämä fossiilit merkitsevät siis merkittäviä edistysaskeleita elämän evoluutiossa. Halverson lisää: ”Seksuaalisen lisääntymisen, monisoluisuuden, hapenoton ja globaalin hiilenkierron väliset yhteydet ovat edelleen epäselviä, mutta on vaikea olla olettamatta, että nämä tapahtumat liittyvät läheisesti toisiinsa.”
Tutkittaessa näitä kiviä ymmärtääksemme, millainen ympäristö mahdollisti sukupuolen kehittymisen ja näin ollen ymmärtääksemme planeetallamme vallinneen monisoluisuuden alkuperän, saamme tietoa paitsi menneisyydestämme ja siitä, mistä tulemme, myös mahdollisuudesta, että elämä voisi kehittyä muilla planeetoilla.
On vaikea kuvitella, että merilevä olisi seksuaalisen vallankumouksen alkuunpanija, mutta juuri nämä merkittävät evoluutiokehitykset 1,2 miljardia vuotta sitten tasoittivat tietä elämälle maapallolla sellaisena kuin me sen tunnemme.
Vivien Cumming on Twitterissä ja Instagramissa: @drvivcumming
Liity yli viiden miljoonan BBC Earth -fanin joukkoon tykkäämällä meistä Facebookissa tai seuraamalla meitä Twitterissä ja Instagramissa.
Jos pidit tästä jutusta, tilaa viikoittainen bbc.comin feature-uutiskirje nimeltään ”If You Only Read 6 Things This Week”. Käsin poimittu valikoima juttuja BBC:n tulevaisuudesta, maapallosta, kulttuurista, pääkaupungista, matkoista ja autoista, jotka toimitetaan postilaatikkoosi joka perjantai.