Păsările, albinele, cimpanzeii, oamenii – cu toții o facem, dar puțini oameni își dau seama că reproducerea sexuală a evoluat mai întâi la creaturi foarte diferite de noi.
Deci care erau acestea și cum a început totul? Care este adevărata poveste a păsărilor și albinelor?
Începutul reproducerii sexuale a fost întotdeauna o enigmă pentru oamenii de știință. Astăzi, pe Pământ, 99% dintre creaturile multicelulare – organismele mari pe care le putem vedea – se reproduc pe cale sexuală. Toate au mecanismele lor unice, dar de ce a evoluat acest proces este, de fapt, un subiect de mare mister.
Chiar și pentru Darwin, părintele evoluției, sexul a fost confuz
Chiar și pentru Darwin, părintele evoluției, sexul a fost confuz. El a scris în 1862: „Nu cunoaștem nici măcar câtuși de puțin cauza finală a sexualității; de ce ar trebui să fie produse noi ființe prin unirea celor două elemente sexuale. Întregul subiect este încă ascuns în întuneric.”
Multe specii sunt total preocupate de sex și vor face tot posibilul pentru a obține un partener. Masculul de popândău construiește cuiburi elaborate pentru a impresiona femelele; coada femelei de licurici arde puternic pentru a atrage masculul; chiar și parfumul produs de o floare este pur și simplu un truc inteligent pentru a atrage insectele care vor culege polenul și apoi se vor îndrepta spre plantele vecine, fertilizându-le în acest proces.
Chiar cu toată această diversitate hipnotică, toate organismele care se reproduc pe cale sexuală urmează același traseu de bază pentru a face noi urmași – doi membri ai aceleiași specii își combină ADN-ul pentru a produce un nou genom.
Înainte ca sexul să evolueze, toată reproducerea se făcea pe cale asexuată, ceea ce înseamnă, în esență, prin diviziune celulară
Înainte ca sexul să evolueze, toată reproducerea se făcea pe cale asexuată, ceea ce înseamnă, în esență, prin diviziune celulară – un organism se împarte literalmente în două pentru a forma două.
Este un mecanism simplu de copiere și divizare și este ceva ce toate bacteriile, majoritatea plantelor și chiar unele animale fac cel puțin o parte din timp.
Mecanismul de reproducere asexuată este mult mai eficient și mai puțin dezordonat decât reproducerea sexuală. O specie asexuată nu trebuie să piardă timp și energie căutând și impresionând un partener, ci doar crește și se împarte în două. Contrastează acest lucru cu procesul supărător, și uneori periculos, de atragere a unui partener pentru reproducerea sexuală.
O specie asexuată nu trebuie să piardă timp și energie căutând și impresionând un partener
Și mai sunt și celelalte costuri evidente ale sexului. Unirea bucăților din două genomuri separate necesită un alt tip de proces – un ovul trebuie să fie fertilizat. Aceasta înseamnă, de asemenea, că fiecare părinte transmite doar jumătate din genele sale urmașilor. Părinții asexuali, în schimb, produc urmași care sunt practic copii de carbon ale lor, ceea ce sună ca o abordare mai bună pentru o lume în care ni se spune că genele noastre doresc în mod egoist să își garanteze supraviețuirea.
Deci, ținând cont de toate acestea, de ce ar trebui atât de multe specii să ia calea lungă și sinuoasă a reproducerii sexuale, când este disponibilă o cale directă? Sexul trebuie să ofere un avantaj evolutiv care să depășească dezavantajele evidente.
În 1886, biologul evoluționist german August Weismann a propus un astfel de avantaj. El a spus că reproducerea sexuală remaniază genele pentru a crea „diferențe individuale” asupra cărora acționează selecția naturală. Practic, sexul este o oportunitate pentru două organisme din aceeași specie de a-și pune în comun resursele.
În unele studii, speciile care se reproduc asexuat au fost convinse să devină sexuale
Câțiva dintre urmașii lor vor purta un amestec benefic de gene bune de la ambii părinți, ceea ce înseamnă că vor răspunde mai bine la stresurile de mediu care ar lăsa speciile asexuate în mare pericol. De fapt, sexul poate chiar să accelereze ritmul evoluției – un avantaj evident dacă și condițiile de mediu se schimbă rapid.
Dovada supremă a acestor beneficii ale sexului provine din studiile în care speciile cu reproducere asexuată au fost convinse să devină specii cu reproducere sexuată. Organismele unicelulare primitive se descurcă, de obicei, foarte bine cu reproducerea asexuată, dar dacă stresul de mediu este ridicat, ele se pot transforma în specii sexuale.
Stresul de mediu poate fi orice, de la o ușoară schimbare a vremii până la o lovitură de meteorit.
Originea reproducerii sexuate a fost mult timp un mister, în parte pentru că observăm lumea așa cum este acum, unde multe organisme asexuate prosperă și unele organisme care se pot reproduce în ambele moduri par să favorizeze în continuare reproducerea asexuată. Printre aceste organisme se numără: drojdia, melcii, stelele de mare și afidele.
Dar, de fapt, metoda de reproducere pe care o aleg depinde de circumstanțele de mediu care le înconjoară – cele mai multe se reproduc pe cale sexuală doar în perioadele de stres și se reproduc pe cale asexuată în restul timpului.
Dar lumea timpurie era un loc mult mai neospitalier, cu un mediu care se schimba adesea foarte rapid. În aceste circumstanțe, ratele ridicate de mutație ar fi putut, în condițiile potrivite, să forțeze un organism asexuat să devină sexual.
Înregistrările fosilelor păstrate în roci ne pot spune mai multe despre originea reproducerii sexuale, dar fosilele sunt rare și greu de găsit, astfel încât este dificil de spus exact ce s-a întâmplat. Chris Adami de la Michigan State University analizează procesul din punct de vedere teoretic.
Sexul înseamnă alegerea unui partener bun și, prin urmare, alegerea unui viitor mai bun pentru urmașii tăi
Adami explică faptul că poți privi evoluția în termeni de informații – lucrurile pe care trebuie să le știi pentru a putea supraviețui. Evoluția se referă la „conservarea și dobândirea de informații – cu cât știi mai multe, cu atât ești mai bun”, spune el.
Este deci un proces de „învățare” – un organism „învață” informații noi, în special într-un mediu în schimbare, iar organismul transmite aceste lecții (în ADN-ul său) generației următoare pentru a o ajuta să supraviețuiască.
Sexul permite ca acest lucru să se întâmple mai eficient, oferind o modalitate mai ușoară pentru ca speciile să își „amintească” informațiile utile – acestea sunt codificate în genele lor. Acest lucru se datorează faptului că procesul implică alegerea unui partener sexual care a ajuns, el însuși, la maturitate sexuală făcând alegeri bune. Sexul înseamnă alegerea unui partener bun și, prin urmare, alegerea unui viitor mai bun pentru urmașii tăi.
„Achiziționarea și menținerea informațiilor sunt necesare pentru ca evoluția să funcționeze – amintirea celor vechi și imaginarea viitorului.”
Acest element de alegere ajută la explicarea unei alte enigme: de ce avem nevoie de masculi? Dacă doar jumătate dintre urmași – fiicele – vor produce de fapt urmași, de ce și-a bătut capul evoluția cu fiii? De ce să nu facă ca toți urmașii să fie capabili să producă pui?
Soluția lui Darwin la misterul masculului a fost să sugereze că selecția naturală nu a fost singura presiune evolutivă la lucru în ceea ce privește sexul. Mai era și altceva în desfășurare – ceva ce Darwin a numit selecție sexuală. Aceasta este, în esență, o preferință a unui sex pentru anumite caracteristici la indivizii de alt sex.
De ce și-a bătut capul evoluția cu fiii? De ce să nu facă ca toți urmașii să fie capabili să producă pui?
Un studiu publicat în 2015 a constatat că este vital ca masculii să concureze pentru reproducere și ca femelele să aleagă între acești masculi concurenți. Selecția sexuală prin existența a două sexe menține sănătatea populației și protecția împotriva extincției.
Ajută la menținerea variației genetice pozitive într-o populație. Atunci când concurează mai bine decât rivalii și atrage parteneri în lupta pentru reproducere, un individ trebuie să fie bun la majoritatea lucrurilor, astfel încât selecția sexuală oferă un filtru important și eficient pentru a menține și îmbunătăți sănătatea genetică a populației.
Constatările ajută la explicarea motivului pentru care sexul persistă ca mecanism dominant de producere a urmașilor. Acesta dictează în cele din urmă cine ajunge să își reproducă genele în generația următoare.
Sexul, așa cum îl cunoaștem, poate fi urmărit cel puțin până la un pește primitiv
Sexul este o forță evolutivă larg răspândită și foarte puternică, dar când a avut loc de fapt evoluția sexului și ce fel de creaturi au fost primele care au început să facă acest lucru?
Majoritatea oamenilor care gândesc acceptă teoria evoluției, conform căreia oamenii au evoluat dintr-un strămoș comun pe care îl împărțim cu maimuțele, care, la rândul lor, au evoluat din organisme și mai primitive. Aceste gânduri datează din 1871, când Darwin a publicat „The Descent of Man and Selection in Relation to Sex” (Descendența omului și selecția în legătură cu sexul).
Evoluția sexului, așa cum o cunoaștem, poate fi de fapt urmărită cu mult mai mult timp în urmă decât strămoșii noștri asemănători maimuțelor, totuși. Ea merge înapoi cel puțin până la un pește primitiv numit Microbrachius dicki. Dovada fosilă a acestuia a fost găsită în roci vechi de 385 de milioane de ani din Scoția.
„Microbrachius” înseamnă „brațe mici”, dar abia recent oamenii de știință și-au dat seama la ce serveau aceste brațe mici. Există mici ventuze pe brațe, iar o analiză atentă a fosilelor a arătat că versiunile femele ale peștilor aveau mici plăcuțe care blocau versiunile masculine la locul lor, nu foarte diferit de Velcro: brațele erau implicate în reproducerea sexuală.
Totuși, pentru a înțelege adevărata origine a reproducerii sexuale, trebuie să ne întoarcem în timp cu 1,2 miliarde de ani în urmă
Nu orice fel de reproducere sexuală însă. Acești pești au fost primele vertebrate pe care le cunoaștem care s-au reprodus prin fertilizare internă, așa cum fac oamenii. Ei au fost, de asemenea, primele specii care au prezentat ceea ce biologii au numit dimorfism sexual: masculii și femelele arată diferit unul de celălalt.
Majoritatea peștilor de astăzi se reproduc de fapt prin eliberarea ouălor și a spermei în afara corpului. Cercetătorii nu sunt siguri de ce M. dicki a dezvoltat un sistem intern de fertilizare, dar faptul că a făcut-o a deschis calea pentru reproducerea sexuală în forma sa cea mai familiară.
Pentru a înțelege adevărata origine a reproducerii sexuale, totuși, trebuie să ne întoarcem în timp și mai mult. Știm că toate organismele cu reproducere sexuală au derivat dintr-un strămoș comun, așa că este vorba de a analiza indiciile păstrate într-o arhivă fosilă rară pentru a ști unde și când a trăit acest strămoș.
Sunt rocile din Arctica canadiană cele care dețin indiciile pe care le caută oamenii de știință. Rocile au fost depuse în medii marine de maree în urmă cu 1,2 miliarde de ani și conțin fosile care ne vorbesc despre prima reproducere sexuală.
O fosilă numită Bangiomorpha pubescens este un organism multicelular care s-a reprodus sexual, cea mai veche apariție raportată în registrul fosilelor. B. pubescens nu era un pește și nici măcar un animal. Era o formă de algă roșie sau algă marină. A fost o algă marină care a avut prima dată sex.
Dovada că aceste fosile s-au reprodus sexual constă în constatarea faptului că sporii sau celulele reproductive pe care le-au generat au venit în două forme – masculină și feminină. Astăzi știm că algele roșii nu au spermatozoizi care să înoate activ. Ele se bazează pe curenții de apă pentru a-și transporta celulele de reproducere, ceea ce este probabil modul în care au făcut-o în ultimii 1,2 miliarde de ani.
Algele marine au fost primele care au făcut sex
Algele roșii sunt unul dintre cele mai mari și mai vechi grupuri de alge, cu aproximativ 5.000 până la 6.000 de specii de alge marine predominant multicelulare, inclusiv multe alge marine notabile.
Este un grup foarte divers și au rămas foarte asemănătoare ca aspect timp de 1,2 miliarde de ani. Această longevitate înseamnă că pot fi descrise ca „fosile vii” – sunt o rămășiță a trecutului care ne amintește de unde venim.
Mediul neobișnuit de aspru și schimbător în care a trăit B. pubescens este cel care ar fi putut face ca sexul să evolueze acum 1,2 miliarde de ani.
Galen Halverson de la Universitatea McGill din Montreal, Canada, explică: „În ceea ce privește climatul, se pare că fosilele Bangiomorpha pubescens au apărut cam în același timp în care sute de milioane de ani de stază relativă a mediului au luat sfârșit. Observăm perturbări majore în ciclurile carbonului și oxigenului în această perioadă, sugerând schimbări majore de mediu.”
În acest moment, sexul a fost esențial pentru succesul și evoluția ulterioară a organismelor multicelulare. Prin urmare, aceste fosile marchează progrese semnificative în evoluția vieții. Halverson adaugă; „Care sunt legăturile dintre reproducerea sexuală, pluricelularitatea, oxigenarea și ciclul global al carbonului rămân nebuloase, dar este greu să nu presupunem că aceste evenimente sunt strâns legate.”
Studierea acestor roci pentru a înțelege tipul de mediu care a permis evoluția sexului și, în consecință, pentru a înțelege originea pluricelularității pe planeta noastră, nu numai că informează trecutul nostru și de unde venim, dar și potențialul de evoluție a vieții pe alte planete.
Este greu de imaginat că algele marine au fost instigatoarele revoluției sexuale, dar aceste evoluții evolutive semnificative, în urmă cu 1,2 miliarde de ani, au fost cele care au deschis calea vieții pe Pământ, așa cum o cunoaștem.
Vivien Cumming este pe Twitter și Instagram: @drvivcumming
Alăturați-vă celor peste cinci milioane de fani ai BBC Earth dându-ne like pe Facebook sau urmărindu-ne pe Twitter și Instagram.
Dacă v-a plăcut această știre, înscrieți-vă la newsletter-ul săptămânal de reportaje de pe bbc.com intitulat „If You Only Read 6 Things This Week”. O selecție aleasă cu grijă de povești de la BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel și Autos, livrată în fiecare vineri în căsuța dvs. poștală.