De vogels, de bijen, chimpansees, mensen – we doen het allemaal, maar weinig mensen realiseren zich dat seksuele voortplanting eigenlijk het eerst geëvolueerd is bij wezens die heel anders zijn dan wij.
Dus wat waren zij en hoe is het allemaal begonnen? Wat is het echte verhaal van de vogels en de bijen?
De dageraad van de geslachtelijke voortplanting is altijd een raadsel geweest voor wetenschappers. Vandaag de dag plant 99% van de meercellige wezens op aarde – de grote organismen die we kunnen zien – zich seksueel voort. Alle hebben hun unieke mechanismen, maar waarom dit proces is geëvolueerd is eigenlijk een onderwerp van grote mysterie.
Zelfs voor Darwin, de vader van de evolutie, was seks verwarrend
Zelfs voor Darwin, de vader van de evolutie, was seks verwarrend. Hij schreef in 1862: “Wij weten zelfs niet in het minst wat de uiteindelijke oorzaak van seksualiteit is; waarom nieuwe wezens moeten worden voortgebracht door de vereniging van de twee seksuele elementen. Het hele onderwerp is tot nu toe verborgen in de duisternis.”
Vele soorten zijn volledig in beslag genomen door seks en zullen tot het uiterste gaan om een partner te winnen. Het mannetje van de bruigpootvogel bouwt ingewikkelde nesten om indruk te maken op het vrouwtje; de staart van het vrouwtje van de glimworm brandt fel om het mannetje te lokken; zelfs het parfum dat door een bloem wordt geproduceerd, is gewoon een slimme truc om insecten aan te trekken die het stuifmeel oppikken en dan een lijntje trekken naar naburige planten, die ze dan bevruchten.
Zelfs met al deze betoverende diversiteit volgen alle zich seksueel voortplantende organismen dezelfde basisroute om nieuw nageslacht te maken – twee leden van dezelfde soort combineren hun DNA om een nieuw genoom te produceren.
Voordat seks evolueerde, vond alle voortplanting ongeslachtelijk plaats, wat in feite betekent door celdeling
Voordat seks evolueerde, vond alle voortplanting ongeslachtelijk plaats, wat in feite betekent door celdeling – een organisme splitst zich letterlijk in tweeën om twee te vormen.
Het is een eenvoudig kopieer-en-deel-mechanisme, en het is iets dat alle bacteriën, de meeste planten en zelfs sommige dieren ten minste een deel van de tijd doen.
Het mechanisme van ongeslachtelijke voortplanting is veel efficiënter en minder rommelig dan seksuele voortplanting. Een aseksuele soort hoeft geen tijd en energie te verspillen aan het zoeken naar en imponeren van een partner, ze groeien gewoon en splitsen zich in tweeën. Zet dat eens af tegen het moeizame, en soms gevaarlijke, proces van het aantrekken van een partner voor seksuele voortplanting.
Een aseksuele soort hoeft geen tijd en energie te verspillen aan het zoeken naar en imponeren van een partner
En dan zijn er nog de andere voor de hand liggende kosten van seks. Het samenvoegen van stukken van twee afzonderlijke genomen vereist een ander soort proces – een eicel moet worden bevrucht. Het betekent ook dat elke ouder slechts de helft van zijn genen aan het nageslacht doorgeeft. Aseksuele ouders daarentegen brengen nakomelingen voort die in wezen koolstofkopieën van zichzelf zijn, wat klinkt als een betere benadering voor een wereld waarin ons wordt verteld dat onze genen uit zelfzucht hun overleving willen garanderen.
Dus, met dit alles in gedachten, waarom zouden zoveel soorten de lange en kronkelige weg van de seksuele voortplanting kiezen, als er een eenvoudige weg beschikbaar is? Seks moet een evolutionair voordeel bieden dat opweegt tegen de voor de hand liggende nadelen.
In 1886 stelde de Duitse evolutiebioloog August Weismann zo’n voordeel voor. Hij zei dat seksuele voortplanting genen herschikt om “individuele verschillen” te creëren waarop natuurlijke selectie inwerkt. In wezen is seks een kans voor twee organismen van dezelfde soort om hun hulpbronnen te bundelen.
In sommige studies zijn aseksueel voortplantende soorten overgehaald om seksueel te worden
Sommige van hun nakomelingen zullen een gunstige mix van goede genen van beide ouders dragen, wat betekent dat ze beter zullen reageren op omgevingsstress die aseksuele soorten in groot gevaar zou brengen. Seks kan zelfs het tempo van de evolutie versnellen – een voor de hand liggend voordeel als de milieuomstandigheden ook snel veranderen.
Het ultieme bewijs van deze voordelen van seks komt uit studies waarin aseksueel-reproducerende soorten zijn overgehaald om seksueel-reproducerende soorten te worden. Primitieve eencellige organismen doen het meestal prima met ongeslachtelijke voortplanting, maar als de omgevingsstress hoog is, kunnen ze veranderen in seksueel producerende soorten.
Milieustress kan van alles zijn, van een lichte weersverandering tot een meteoorinslag.
De oorsprong van seksuele voortplanting is lang een mysterie geweest, deels omdat we de wereld observeren zoals die nu is, waar veel ongeslachtelijke organismen gedijen en sommige organismen die zich op beide manieren kunnen voortplanten nog steeds de voorkeur lijken te geven aan ongeslachtelijke voortplanting. Enkele van deze organismen zijn: gist, slakken, zeesterren en bladluizen.
Maar in feite hangt de wijze van voortplanting die zij kiezen af van de omgevingsomstandigheden die hen omringen – de meeste planten zich alleen seksueel voort in tijden van stress en planten zich de rest van de tijd ongeslachtelijk voort.
Maar de vroege wereld was een veel onherbergzamere plaats met het milieu dat vaak zeer snel veranderde. In deze omstandigheden zouden hoge mutatiesnelheden, onder de juiste omstandigheden, een aseksueel organisme kunnen dwingen om seksueel te worden.
Het fossielenbestand in gesteenten kan ons meer vertellen over de oorsprong van de seksuele voortplanting, maar fossielen zijn schaars en moeilijk te vinden, zodat het moeilijk is om precies te zeggen wat er is gebeurd. Chris Adami van de Michigan State University bekijkt het proces theoretisch.
Seks betekent een goede partner kiezen en daarmee een betere toekomst voor je nageslacht
Adami legt uit dat je evolutie kunt bekijken in termen van informatie – de dingen die je moet weten om te kunnen overleven. Evolutie gaat over “informatiebehoud en informatieverwerving – hoe meer je weet, hoe beter je bent”, zegt hij.
Het is dus een “leerproces” – een organisme “leert” nieuwe informatie, vooral in een veranderende omgeving, en het organisme geeft die lessen door (in zijn DNA) aan de volgende generatie om hen te helpen overleven.
Seks laat dit efficiënter gebeuren, en biedt een gemakkelijkere manier voor soorten om nuttige informatie te “onthouden” – het is gecodeerd in hun genen. Dit komt omdat het proces inhoudt dat een seksuele partner wordt gekozen die, zelf, seksuele rijpheid heeft bereikt door goede keuzes te maken. Seks betekent het kiezen van een goede partner en daardoor het kiezen van een betere toekomst voor je nakomelingen.
“Het verwerven en onderhouden van informatie is noodzakelijk voor het functioneren van de evolutie – het herinneren van het oude en het verbeelden van de toekomst.”
Dit element van keuze helpt een ander raadsel verklaren: waarom hebben we mannetjes nodig? Als slechts de helft van je nakomelingen – dochters – daadwerkelijk nakomelingen zal voortbrengen, waarom heeft de evolutie dan moeite gedaan met zonen? Waarom niet alle nakomelingen in staat stellen om jongen voort te brengen?
Darwin’s oplossing voor het mannelijke mysterie was te suggereren dat natuurlijke selectie niet de enige evolutionaire druk was die aan het werk was bij seks. Er was ook iets anders aan de hand – iets wat Darwin seksuele selectie noemde. Dit is in feite een voorkeur van het ene geslacht voor bepaalde kenmerken bij individuen van het andere geslacht.
Waarom heeft de evolutie moeite gedaan met zonen? Waarom niet alle nakomelingen in staat stellen jongen voort te brengen?
Uit een in 2015 gepubliceerde studie blijkt dat het van vitaal belang is dat mannetjes met elkaar concurreren om voortplanting en dat vrouwtjes kunnen kiezen tussen die concurrerende mannetjes. Seksuele selectie door het bestaan van twee seksen houdt de gezondheid van de populatie in stand en beschermt tegen uitsterven.
Het helpt positieve genetische variatie in een populatie te behouden. Wanneer rivalen worden weggeconcurreerd en partners worden aangetrokken in de strijd om voort te planten, moet een individu goed zijn in de meeste dingen, dus seksuele selectie biedt een belangrijk en effectief filter om de genetische gezondheid van een populatie te handhaven en te verbeteren.
De bevindingen helpen verklaren waarom seks blijft bestaan als een dominant mechanisme om nakomelingen te produceren. Het dicteert uiteindelijk wie zijn genen mag reproduceren in de volgende generatie.
Seks zoals wij die kennen kan worden getraceerd tot minstens een primitieve vis.
Seks is een wijdverspreide en zeer krachtige evolutionaire kracht, maar wanneer vond de evolutie van seks eigenlijk plaats en welke soorten wezens waren de eersten die ermee begonnen?
De meeste weldenkende mensen aanvaarden de evolutietheorie, dat de mens is geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder die we delen met apen, die op hun beurt zijn geëvolueerd uit nog primitievere organismen. Deze gedachten gaan terug tot 1871, toen Darwin The Descent of Man and Selection in Relation to Sex publiceerde.
De evolutie van seks zoals wij die kennen kan in feite echter veel verder worden teruggevoerd dan onze aapachtige voorouders. Het gaat minstens zover terug als een primitieve vis genaamd Microbrachius dicki. Het fossiele bewijs hiervoor werd gevonden in 385 miljoen jaar oude rotsen in Schotland.
“Microbrachius” betekent “armpjes”, maar het was pas onlangs dat wetenschappers zich realiseerden waar deze armpjes voor dienden. Er zitten kleine zuignapjes op de armen, en zorgvuldige analyse van de fossielen toonde aan dat de vrouwelijke versies van de vissen kleine plaatjes hadden die de mannelijke versies op hun plaats hielden, niet anders dan klittenband: de armen waren betrokken bij de geslachtelijke voortplanting.
Om de echte oorsprong van de geslachtelijke voortplanting te begrijpen, moeten we echter 1,2 miljard jaar terug in de tijd gaan.
Niet zomaar een soort geslachtelijke voortplanting echter. Deze vissen waren de eerste gewervelde dieren die zich voortplantten door inwendige bevruchting, zoals mensen doen. Zij waren ook de eerste soorten die wat biologen seksueel dimorfisme noemen, vertoonden: mannetjes en vrouwtjes zien er verschillend uit.
De meeste vissen planten zich tegenwoordig voort door eitjes en sperma buiten het lichaam vrij te laten. Onderzoekers weten niet zeker waarom M. dicki een intern bevruchtingssysteem ontwikkelde, maar het feit dat hij dat deed, effende de weg voor seksuele voortplanting in zijn meest bekende vorm.
Om de echte oorsprong van seksuele voortplanting te begrijpen, moeten we echter nog verder terug in de tijd gaan. We weten dat alle zich seksueel voortplantende organismen afstammen van één gemeenschappelijke voorouder, dus is het een kwestie van het analyseren van de aanwijzingen in een schaars fossielenbestand om te weten te komen waar en wanneer deze voorouder leefde.
Het zijn rotsen in Arctisch Canada die de aanwijzingen bevatten waar wetenschappers naar op zoek zijn. De rotsen werden 1,2 miljard jaar geleden afgezet in mariene getijde-omgevingen en ze bevatten fossielen die ons vertellen over de eerste seksuele voortplanting.
Een fossiel genaamd Bangiomorpha pubescens is een meercellig organisme dat zich seksueel voortplantte, de oudste gemelde gebeurtenis in het fossielenbestand. B. pubescens was geen vis, of zelfs maar een dier. Het was een vorm van rode alg of zeewier. Het was zeewier dat voor het eerst seks had.
Het bewijs dat deze fossielen zich seksueel voortplantten, is de bevinding dat de sporen of voortplantingscellen die zij voortbrachten, in twee vormen voorkwamen – mannelijke en vrouwelijke. Vandaag weten we dat rode algen geen sperma hebben dat actief zwemt. Ze zijn afhankelijk van waterstromingen om hun voortplantingscellen te vervoeren, wat waarschijnlijk de manier is waarop ze dat de afgelopen 1,2 miljard jaar hebben gedaan.
Het was zeewier dat voor het eerst seks had
Roodalgen vormen een van de grootste en oudste groepen algen, met ongeveer 5000 tot 6000 soorten overwegend meercellige zeealgen, waaronder veel opmerkelijke zeewieren.
Het is een zeer diverse groep, en ze zijn 1,2 miljard jaar lang qua uiterlijk erg op elkaar blijven lijken. Deze lange levensduur betekent dat ze kunnen worden omschreven als “levende fossielen” – ze zijn een overblijfsel uit het verleden om ons eraan te herinneren waar we vandaan komen.
Het is de ongewoon harde en veranderende omgeving waarin B. pubescens leefde die er mogelijk toe heeft geleid dat seks 1,2 miljard jaar geleden is geëvolueerd.
Galen Halverson van de McGill-universiteit in Montreal, Canada, legt uit: “Wat het klimaat betreft, lijkt het erop dat de Bangiomorpha pubescens fossielen verschenen ongeveer op het moment dat er een einde was gekomen aan honderden miljoenen jaren van relatieve milieustilstand. We zien grote verstoringen in de koolstof- en zuurstofcycli in deze tijd, die wijzen op grote milieuverschuivingen.”
In deze tijd was seks van doorslaggevend belang voor het latere succes en de evolutie van meercellige organismen. Deze fossielen markeren dan ook een belangrijke vooruitgang in de evolutie van het leven. Halverson voegt daaraan toe: “Wat de verbanden zijn tussen seksuele voortplanting, meercelligheid, oxygenatie en de mondiale koolstofcyclus blijft vaag, maar het is moeilijk om niet aan te nemen dat deze gebeurtenissen nauw met elkaar verbonden zijn.”
Studie van deze gesteenten om het soort omgeving te begrijpen waarin seks zich kon ontwikkelen en bijgevolg om de oorsprong van meercelligheid op onze planeet te begrijpen, levert niet alleen informatie op over ons verleden en waar we vandaan komen, maar ook over het potentieel voor leven om op andere planeten te evolueren.
Het is moeilijk voor te stellen dat zeewier de aanstichter is van de seksuele revolutie, maar het waren deze belangrijke evolutionaire ontwikkelingen, 1,2 miljard jaar geleden, die de weg vrijmaakten voor het leven op aarde zoals wij dat kennen.
Vivien Cumming is te vinden op Twitter en Instagram: @drvivcumming
Sluit je aan bij meer dan vijf miljoen BBC Earth-fans door ons te liken op Facebook, of volg ons op Twitter en Instagram.
Als je dit verhaal leuk vond, meld je dan aan voor de wekelijkse bbc.com features nieuwsbrief genaamd “If You Only Read 6 Things This Week”. Een handgeplukte selectie van verhalen van BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel en Autos, geleverd aan uw inbox elke vrijdag.