Madarak, méhek, csimpánzok, emberek – mindannyian csináljuk, de kevesen tudják, hogy a szexuális reprodukció valójában először a tőlünk nagyon különböző élőlényeknél alakult ki.
Mik voltak ők, és hogyan kezdődött az egész? Mi a madarak és a méhek valódi története?
A szexuális szaporodás kezdete mindig is rejtély volt a tudósok számára. Ma a Földön a többsejtű élőlények – az általunk látható nagy szervezetek – 99%-a szexuális úton szaporodik. Mindegyiknek megvan a maga egyedi mechanizmusa, de hogy miért alakult ki ez a folyamat, az valójában nagy rejtély.
Még Darwin, az evolúció atyja számára is zavaros volt a szex
Még Darwin, az evolúció atyja számára is zavaros volt a szex. Ezt írta 1862-ben: “A legkevésbé sem ismerjük a szexualitás végső okát; azt, hogy a két nemi elem egyesüléséből miért kell új lényeket létrehozni. Az egész téma egyelőre sötétségbe burkolózik.”
Néhány fajt teljesen leköti a szex, és mindent megtesznek azért, hogy társat szerezzenek. A hím bokormadár bonyolult fészkeket épít, hogy lenyűgözze a nőstényeket; a nőstény izzóféreg farka fényesen ég, hogy elcsábítsa a hímet; még a virág által termelt illat is csupán egy ügyes trükk, hogy odavonzza a rovarokat, amelyek felszedik a virágport, majd a szomszédos növények felé veszik az irányt, és közben megtermékenyítik őket.
Mindezen igéző változatosság ellenére minden szexuálisan szaporodó szervezet ugyanazon az alapvető úton halad az új utódok létrehozásához – ugyanazon faj két tagja egyesíti a DNS-ét, hogy új genomot hozzon létre.
A szex kialakulása előtt minden szaporodás aszexuálisan, azaz alapvetően sejtosztódás útján történt
A szex kialakulása előtt minden szaporodás aszexuálisan, azaz alapvetően sejtosztódás útján történt – egy szervezet szó szerint kettéválik, hogy kettőt alkosson.
Ez egy egyszerű másolj és oszd meg mechanizmus, és ezt minden baktérium, a legtöbb növény és még néhány állat is csinálja, legalábbis néha.
Az aszexuális szaporodás mechanizmusa sokkal hatékonyabb és kevésbé rendetlen, mint a szexuális szaporodás. Egy aszexuális fajnak nem kell időt és energiát pazarolnia arra, hogy partnert keressen és lenyűgözze, egyszerűen csak növekszik és kettéválik. Ezt állítsuk szembe a szexuális szaporodáshoz szükséges párkeresés fáradságos és néha veszélyes folyamatával.
Egy aszexuális fajnak nem kell időt és energiát pazarolnia a partner keresésére és lenyűgözésére
És ott vannak még a szex egyéb nyilvánvaló költségei. Két különálló genom darabjainak egyesítése másfajta folyamatot igényel – egy petesejtet meg kell termékenyíteni. Ez azt is jelenti, hogy mindkét szülő a génjeinek csak a felét adja át az utódoknak. Az aszexuális szülők ezzel szemben olyan utódokat hoznak létre, amelyek lényegében önmaguk karbonmásolatai, ami jobb megközelítésnek hangzik egy olyan világban, ahol azt mondják, hogy génjeink önző módon akarják biztosítani a túlélésüket.
Mindezt szem előtt tartva tehát miért választja oly sok faj a szexuális szaporodás hosszú és kanyargós útját, amikor egy egyszerűbb út is rendelkezésre áll? A szexnek valamilyen evolúciós előnyt kell nyújtania, amely ellensúlyozza a nyilvánvaló hátrányokat.
1886-ban August Weismann német evolúcióbiológus egy ilyen előnyt javasolt. Azt mondta, hogy a szexuális szaporodás átrendezi a géneket, hogy “egyéni különbségeket” hozzon létre, amelyekre a természetes szelekció hat. Alapvetően a szex egy lehetőség arra, hogy egy faj két szervezete egyesítse erőforrásait.
Egyes tanulmányokban az aszexuálisan szaporodó fajokat rávették arra, hogy ivarossá váljanak.
Az utódok egy része mindkét szülő jó génjeinek előnyös keverékét hordozza, ami azt jelenti, hogy jobban reagálnak a környezeti stresszhatásokra, amelyek az aszexuális fajokat komoly veszélyben hagynák. Sőt, a szex még az evolúció ütemét is felgyorsíthatja – ami nyilvánvaló előny, ha a környezeti feltételek is gyorsan változnak.
A szex ezen előnyeinek végső bizonyítéka olyan vizsgálatokból származik, amelyekben aszexuálisan szaporodó fajokat rávettek arra, hogy szexuálisan szaporodó fajokká váljanak. A primitív egysejtűek általában jól boldogulnak az aszexuális szaporodással, de ha a környezeti stressz nagy, akkor ivaros fajokká válhatnak.
A környezeti stressz lehet bármi, az időjárás enyhe változásától kezdve egy meteorbecsapódásig.
A szexuális szaporodás eredete sokáig rejtély volt, részben azért, mert a világot úgy figyeljük, ahogy most van, ahol sok aszexuális szervezet virágzik, és néhány szervezet, amely mindkét módon képes szaporodni, úgy tűnik, még mindig az aszexuális szaporodást részesíti előnyben. Néhány ilyen élőlény: élesztőgombák, csigák, tengeri csillagok és levéltetvek.
De valójában az általuk választott szaporodási mód az őket körülvevő környezeti körülményektől függ – a legtöbbjük csak stressz idején szaporodik szexuálisan, az idő többi részében pedig ivartalanul.
A korai világ azonban sokkal barátságtalanabb hely volt, ahol a környezet gyakran nagyon gyorsan változott. Ilyen körülmények között a magas mutációs ráta megfelelő körülmények között arra kényszeríthetett egy aszexuális szervezetet, hogy ivarossá váljon.
A kőzetekben őrzött fosszíliákból többet megtudhatunk az ivaros szaporodás eredetéről, de a fosszíliák ritkák és nehezen találhatók, így nehéz megmondani, hogy pontosan mi történt. Chris Adami a Michigani Állami Egyetemről elméletileg vizsgálja a folyamatot.
A szex azt jelenti, hogy jó partnert választunk, és ezáltal jobb jövőt választunk az utódainknak.
Adami elmagyarázza, hogy az evolúciót az információ szempontjából is vizsgálhatjuk – azok a dolgok, amelyeket tudnunk kell ahhoz, hogy képesek legyünk túlélni. Az evolúció az “információ megőrzéséről és az információszerzésről szól – minél többet tudsz, annál jobb vagy” – mondja.”
Ez tehát egy “tanulási” folyamat – egy szervezet “megtanul” új információkat, különösen egy változó környezetben, és a szervezet ezeket a tanulságokat (a DNS-ében) továbbadja a következő generációnak, hogy segítse a túlélést.”
A szex lehetővé teszi, hogy ez hatékonyabban történjen, és könnyebb módot kínál a fajok számára, hogy “megjegyezzék” a hasznos információkat – a génekbe vannak kódolva. Ez azért van így, mert a folyamat során olyan szexuális partnert választanak, aki maga is jó döntésekkel érte el a szexuális érettséget. A szex azt jelenti, hogy jó partnert választunk, és ezáltal jobb jövőt választunk az utódaink számára.”
“Az információ megszerzése és fenntartása szükséges ahhoz, hogy az evolúció működjön – emlékezni a régire és elképzelni a jövőt.”
A választásnak ez az eleme segít megmagyarázni egy másik rejtélyt: miért van szükségünk hímekre? Ha az utódoknak csak a fele – a leányok – fog ténylegesen utódokat létrehozni, akkor miért foglalkozott az evolúció a fiúkkal? Miért nem az összes utód képes utódot nemzeni?
Darwin megoldása a hím rejtélyre az volt, hogy azt sugallta, hogy a természetes szelekció nem az egyetlen evolúciós nyomás, amely a nemi életben működik. Valami más is zajlott – amit Darwin szexuális szelekciónak nevezett. Ez lényegében azt jelenti, hogy az egyik nem előnyben részesít bizonyos tulajdonságokat a másik nemhez tartozó egyedekben.
Miért foglalkozott az evolúció a fiúkkal? Miért nem lehetett minden utód képes utódot nemzeni?
Egy 2015-ben közzétett tanulmány szerint létfontosságú, hogy a hímek versengjenek a szaporodásért, a nőstények pedig válasszanak a versengő hímek között. A szexuális szelekció a két nem létezése révén fenntartja a populáció egészségét és védelmet nyújt a kihalás ellen.
Ez segít fenntartani a pozitív genetikai variációt a populációban. Amikor a szaporodásért folytatott küzdelemben a riválisok fölé kerekedik és partnereket vonz, az egyednek a legtöbb dologban jónak kell lennie, így a szexuális szelekció fontos és hatékony szűrőt biztosít a populáció genetikai egészségének fenntartásához és javításához.
A megállapítások segítenek megmagyarázni, miért marad fenn az utódok előállításának domináns mechanizmusaként a nem. Végső soron ez diktálja, hogy ki szaporíthatja génjeit a következő generációban.
A szex, ahogyan mi ismerjük, legalább egy primitív halig vezethető vissza.
A szex széles körben elterjedt és nagyon erős evolúciós erő, de mikor történt valójában a szex evolúciója, és milyen élőlények voltak az elsők, akik elkezdték csinálni?
A legtöbb gondolkodó ember elfogadja az evolúció elméletét, miszerint az ember a majmokkal közös ősünkből fejlődött ki, akik viszont még primitívebb élőlényekből fejlődtek ki. Ezek a gondolatok 1871-ig nyúlnak vissza, amikor Darwin megjelentette Az ember leszármazása és a szelekció a nemre való tekintettel című könyvét.
A szex evolúciója, ahogyan mi ismerjük, valójában azonban sokkal messzebbre vezethető vissza, mint majomszerű őseink. Legalább olyan messzire nyúlik vissza, mint egy Microbrachius dicki nevű primitív hal. Ennek fosszilis bizonyítékát 385 millió éves skóciai kőzetekben találták meg.
A “Microbrachius” jelentése “kis karok”, de a tudósok csak a közelmúltban jöttek rá, hogy mire szolgáltak ezek a kis karok. A karokon kis szívókarok vannak, és a fosszíliák gondos elemzése kimutatta, hogy a nőstény halak változatain kis lemezkék voltak, amelyek a hím változatokat a helyükre rögzítették, nem úgy, mint a tépőzár: a karok a szexuális szaporodásban vettek részt.
Ahhoz azonban, hogy megértsük a szexuális szaporodás valódi eredetét, 1,2 milliárd évet kell visszamennünk az időben
Nem akármilyen szexuális szaporodásról van szó azonban. Ezek a halak voltak a legkorábbi ismert gerincesek, amelyek az emberhez hasonlóan belső megtermékenyítéssel szaporodtak. Ők voltak az első fajok is, amelyeknél megjelent az, amit a biológusok szexuális dimorfizmusnak neveznek: a hímek és a nőstények különböznek egymástól.
A legtöbb mai hal valójában úgy szaporodik, hogy ikrákat és spermiumokat bocsát ki a testen kívül. A kutatók nem tudják, hogy a M. dicki miért fejlesztette ki a belső megtermékenyítési rendszert, de az a tény, hogy így tett, kikövezte az utat a szexuális szaporodásnak a legismertebb formájában.
A szexuális szaporodás valódi eredetének megértéséhez azonban még messzebbre kell visszamennünk az időben. Tudjuk, hogy minden szexuálisan szaporodó szervezet egyetlen közös őstől származik, így a gyér fosszilis leletanyagban őrzött nyomokat kell elemezni ahhoz, hogy megtudjuk, hol és mikor élt ez az ős.
A kanadai sarkvidéken található kőzetek tartalmazzák a tudósok által keresett nyomokat. A kőzetek 1,2 milliárd évvel ezelőtt tengeri árapály-környezetben rakódtak le, és olyan fosszíliákat tartalmaznak, amelyek az első szexuális szaporodásról árulkodnak.
A Bangiomorpha pubescens nevű fosszília egy olyan többsejtű organizmus, amely szexuálisan szaporodott, ez a legrégebbi ismertetett előfordulás a fosszilis feljegyzésekben. A B. pubescens nem volt hal, de még csak nem is állat. Ez egyfajta vörös alga vagy hínár volt. A tengeri moszat volt az első, amely nemi életet élt.
A bizonyíték arra, hogy ezek a fosszíliák szexuálisan szaporodtak, az a megállapítás, hogy az általuk létrehozott spórák vagy szaporítósejtek két formában – hím és nőstény – jöttek létre. Ma már tudjuk, hogy a vörös algákból hiányoznak az aktívan úszó spermiumok. Szaporítósejtjeik szállításában a vízáramlatokra támaszkodnak, és valószínűleg így tették ezt az elmúlt 1,2 milliárd évben.
A tengeri algák voltak az elsők, akik nemi életet éltek
A vörösmoszatok az egyik legnagyobb és legrégebbi algacsoport, mintegy 5000-6000 féle, túlnyomórészt többsejtű tengeri algával, köztük számos nevezetes tengeri algával.
Ez egy nagyon változatos csoport, és 1,2 milliárd éven át nagyon hasonló maradt a megjelenésük. Ez a hosszú élettartam azt jelenti, hogy “élő kövületekként” jellemezhetjük őket – a múlt maradványai, amelyek emlékeztetnek minket arra, hogy honnan származunk.
A B. pubescens szokatlanul zord és változó környezetben élt, ami miatt 1,2 milliárd évvel ezelőtt kialakulhatott a szex.
Galen Halverson a montreali McGill Egyetemen (Kanada) magyarázza: “Ami az éghajlatot illeti, úgy tűnik, hogy a Bangiomorpha pubescens fosszíliái nagyjából akkor jelentek meg, amikor a több százmillió éves viszonylagos környezeti stagnálás véget ért. Ebben az időben jelentős zavarokat látunk a szén- és oxigénciklusokban, ami jelentős környezeti változásokra utal.”
Ebben az időben a többsejtű élőlények későbbi sikere és evolúciója szempontjából a szex döntő fontosságú volt. Ezek a fosszíliák tehát jelentős előrelépést jelentenek az élet evolúciójában. Halverson hozzáteszi; “Hogy milyen összefüggések vannak a szexuális szaporodás, a többsejtűség, az oxigénellátás és a globális szénciklus között, továbbra is ködös, de nehéz nem feltételezni, hogy ezek az események szorosan kapcsolódnak egymáshoz.”
A kőzetek tanulmányozása annak megértése érdekében, hogy milyen környezet tette lehetővé a szex kialakulását, és ennek következtében a többsejtűség eredetének megértése bolygónkon nemcsak a múltunkat és azt, hogy honnan származunk, hanem azt is, hogy az élet más bolygókon is kialakulhat.
Nehéz elképzelni, hogy a tengeri moszatok voltak a szexuális forradalom elindítói, de ezek a jelentős evolúciós fejlemények 1,2 milliárd évvel ezelőtt kikövezték az utat az általunk ismert földi életnek.
Vivien Cumming a Twitteren és az Instagramon van: @drvivcumming
Csatlakozzon a BBC Earth több mint ötmillió rajongójához, ha kedvel minket a Facebookon, vagy követ minket a Twitteren és az Instagramon.
Ha tetszett ez a cikk, iratkozzon fel a bbc.com heti hírlevelére, amelynek címe: “Ha csak 6 dolgot olvasol ezen a héten”. A BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel és Autos cikkeinek kézzel válogatott válogatása minden pénteken a postaládájába érkezik.