Fåglarna, bina, schimpanserna, människorna – vi gör det alla, men få människor inser att sexuell fortplantning faktiskt först utvecklades hos varelser som var helt annorlunda än vi själva.
Vad var det för varelser och hur började det hela? Vad är den verkliga historien om fåglarna och bina?
Den sexuella reproduktionens början har alltid varit en gåta för forskarna. I dag på jorden reproducerar sig 99 % av de flercelliga varelserna – de stora organismer vi kan se – sexuellt. Alla har sina unika mekanismer, men varför denna process utvecklades är faktiskt ett ämne med stort mysterium.
Även för Darwin, evolutionens fader, var sex förvirrande
Även för Darwin, evolutionens fader, var sex förvirrande. Han skrev 1862: ”Vi vet inte ens på minsta sätt den slutliga orsaken till sexualiteten; varför nya varelser skulle produceras genom föreningen av de två sexuella elementen. Hela ämnet är ännu inte klart.”
Många arter är helt upptagna av sex och gör allt för att få en partner. Hanen av en bowerbird bygger utstuderade bon för att imponera på honorna, honans svans lyser starkt för att locka till sig hanen och till och med den parfym som en blomma producerar är helt enkelt ett smart knep för att locka till sig insekter som tar upp pollen och sedan tar sig till grannväxter för att befrukta dem.
Trots all denna fascinerande mångfald följer alla sexuellt reproducerande organismer samma grundläggande väg för att få fram en ny avkomma – två medlemmar av samma art kombinerar sitt DNA för att skapa en ny arvsmassa.
Innan könet utvecklades skedde all reproduktion asexuellt, vilket i princip innebär genom celldelning
Före könet utvecklades skedde all reproduktion asexuellt, vilket i princip innebär genom celldelning – en organism delar sig bokstavligen på mitten för att bilda två.
Det är en enkel kopierings- och delningsmekanism, och det är något som alla bakterier, de flesta växter och till och med vissa djur gör åtminstone någon gång.
Mekanismen för asexuell reproduktion är mycket effektivare och mindre stökig än sexuell reproduktion. En asexuell art behöver inte slösa tid och energi på att leta efter och imponera på en partner, de bara växer och delar sig i två delar. Jämför det med den besvärliga, och ibland farliga, processen att locka till sig en partner för sexuell reproduktion.
En asexuell art behöver inte slösa tid och energi på att leta efter och imponera på en partner
Och så finns det de andra uppenbara kostnaderna för sex. Att sammanfoga delar av två separata genomer kräver en annan typ av process – ett ägg måste befruktas. Det innebär också att varje förälder bara överför hälften av sina gener till avkomman. Asexuella föräldrar producerar däremot avkommor som i princip är kopior av sig själva, vilket låter som ett bättre tillvägagångssätt för en värld där vi får höra att våra gener själviskt vill garantera sin överlevnad.
Så, med allt detta i åtanke, varför väljer så många arter den långa och slingriga vägen för sexuell fortplantning, när det finns en rakare väg att gå? Sex måste erbjuda någon evolutionär fördel som uppväger de uppenbara nackdelarna.
1886 föreslog den tyske evolutionsbiologen August Weismann en sådan fördel. Han menade att den sexuella reproduktionen omfördelar generna för att skapa ”individuella skillnader” som det naturliga urvalet agerar på. I grund och botten är sex en möjlighet för två organismer i samma art att samla sina resurser.
I vissa studier har asexuellt reproducerande arter övertalats att bli sexuella
En del av deras avkomma kommer att bära på en fördelaktig blandning av goda gener från båda föräldrarna, vilket innebär att de kommer att reagera bättre på miljömässiga påfrestningar som skulle lämna asexuella arter i stor fara. Faktum är att kön kan till och med påskynda evolutionen – en uppenbar fördel om miljöförhållandena också förändras snabbt.
Ultimate proof of these benefits of sex comes from studies in which asexually-reproducing species have been coaxed into becoming sexually-reproducing ones. Primitiva encelliga organismer klarar sig vanligtvis bra med asexuell reproduktion, men om miljöstressen är hög kan de förvandlas till sexuella arter.
Miljöstress kan vara allt från en liten förändring i vädret till ett meteorexplosion.
Uppkomsten av sexuell reproduktion har länge varit ett mysterium, delvis på grund av att vi observerar världen som den ser ut nu, där många asexuella organismer trivs och vissa organismer som kan föröka sig på båda sätten fortfarande verkar föredra asexuell reproduktion. Några av dessa organismer är jäst, sniglar, sjöstjärnor och bladlöss.
Men i själva verket beror den reproduktionsmetod som de väljer på de miljöförhållanden som omger dem – de flesta förökar sig sexuellt endast under perioder av stress och förökar sig asexuellt resten av tiden.
Men den tidiga världen var en mycket ogästvänligare plats med en miljö som ofta förändrades mycket snabbt. Under dessa omständigheter kunde höga mutationsfrekvenser under rätt förhållanden ha tvingat en asexuell organism att bli sexuell.
Fossilregistret som finns i stenar kan berätta mer om den sexuella reproduktionens ursprung, men fossilerna är sparsamma och svåra att hitta, så det är svårt att säga exakt vad som hände. Chris Adami från Michigan State University tittar på processen teoretiskt.
Sex innebär att man väljer en bra partner och därmed väljer en bättre framtid för sin avkomma
Adami förklarar att man kan se på evolutionen i termer av information – de saker man behöver veta för att kunna överleva. Evolution handlar om ”informationsbevarande och informationsförvärv – ju mer du vet desto bättre är du”, säger han.
Det är alltså en ”inlärningsprocess” – en organism ”lär” sig ny information, särskilt i en föränderlig miljö, och organismen för dessa lärdomar vidare (i sitt DNA) till nästa generation för att hjälpa dem att överleva.
Skönslivet gör det möjligt för detta att ske på ett effektivare sätt, och erbjuder ett enklare sätt för arterna att ”komma ihåg” användbar information – den är kodad i deras gener. Detta beror på att processen innebär att man väljer en sexualpartner som själv har nått sexuell mognad genom att göra bra val. Sex innebär att man väljer en bra partner och därmed en bättre framtid för sin avkomma.
”Förvärv och upprätthållande av information är nödvändigt för att evolutionen ska fungera – att komma ihåg det gamla och föreställa sig framtiden.”
Detta inslag av val hjälper till att förklara en annan gåta: varför behöver vi hanar? Om bara hälften av din avkomma – döttrar – faktiskt kommer att producera avkomma, varför brydde sig evolutionen då om söner? Varför inte låta alla avkommor vara kapabla att producera ungar?
Darwins lösning på mysteriet med männen var att föreslå att det naturliga urvalet inte var det enda evolutionära trycket i fråga om kön. Det var något annat som också pågick – något som Darwin kallade sexuellt urval. Detta är i princip en preferens hos det ena könet för vissa egenskaper hos individer av det andra könet.
Varför brydde sig evolutionen om söner? Varför inte låta alla avkommor vara kapabla att producera ungar?
En studie som publicerades 2015 visade att det är livsviktigt att hanar konkurrerar om reproduktionen och att honorna väljer mellan dessa konkurrerande hanar. Sexuellt urval genom förekomsten av två kön upprätthåller populationens hälsa och skydd mot utrotning.
Det bidrar till att upprätthålla en positiv genetisk variation i en population. När en individ ska konkurrera ut rivaler och locka till sig partners i kampen för att reproducera sig måste den vara bra på det mesta, så det sexuella urvalet utgör ett viktigt och effektivt filter för att bibehålla och förbättra populationens genetiska hälsa.
Fyndet bidrar till att förklara varför kön kvarstår som en dominerande mekanism för att producera avkommor. Det dikterar i slutändan vem som får reproducera sina gener till nästa generation.
Sex som vi känner till kan spåras tillbaka åtminstone så långt tillbaka som till en primitiv fisk
Sex är en utbredd och mycket kraftfull evolutionär kraft, men när skedde egentligen evolutionen av sex och vilka typer av varelser var de första som började göra det?
De flesta tänkande människor accepterar evolutionsteorin, att människan utvecklats från en gemensam förfader som vi delar med aporna, som i sin tur utvecklats från ännu mer primitiva organismer. Dessa tankar går tillbaka till 1871 då Darwin publicerade The Descent of Man and Selection in Relation to Sex.
Evolutionen av sex som vi känner till den kan dock faktiskt spåras mycket längre tillbaka än våra apliknande förfäder. Den går minst lika långt tillbaka som en primitiv fisk som heter Microbrachius dicki. Det fossila beviset för detta hittades i 385 miljoner år gamla stenar i Skottland.
”Microbrachius” betyder ”små armar”, men det var först nyligen som forskarna insåg vad dessa små armar var till för. Det finns små sugproppar på armarna, och en noggrann analys av fossilerna visade att de kvinnliga fiskarnas versioner hade små plattor som låste de manliga versionerna på plats, inte helt olikt kardborreband: armarna var inblandade i den sexuella reproduktionen.
För att förstå det verkliga ursprunget till sexuell reproduktion måste vi dock gå tillbaka i tiden 1,2 miljarder år
Inte bara någon form av sexuell reproduktion dock. Dessa fiskar var de tidigaste ryggradsdjur vi känner till som förökade sig genom intern befruktning, som människor gör. De var också de första arterna som uppvisade vad biologer kallar sexuell dimorfism: hanar och honor ser olika ut från varandra.
De flesta fiskar i dag förökar sig faktiskt genom att släppa ut ägg och spermier utanför kroppen. Forskarna är osäkra på varför M. dicki utvecklade ett internt befruktningssystem, men det faktum att den gjorde det banade väg för sexuell reproduktion i dess mest välkända form.
För att förstå det verkliga ursprunget till sexuell reproduktion måste vi dock gå ännu längre tillbaka i tiden. Vi vet att alla sexuellt reproducerande organismer härstammar från en gemensam förfader, så det gäller att analysera de ledtrådar som finns i ett sparsamt fossilregister för att veta var och när denna förfader levde.
Det är stenar i arktiska Kanada som innehåller de ledtrådar som forskarna letar efter. Stenarna avsattes i marina tidvattenmiljöer för 1,2 miljarder år sedan och de innehåller fossil som berättar om den första sexuella reproduktionen.
Ett fossil som kallas Bangiomorpha pubescens är en flercellig organism som reproducerade sig sexuellt, vilket är den äldsta rapporterade förekomsten i fossilregistret. B. pubescens var inte en fisk eller ens ett djur. Det var en form av rödalger eller sjögräs. Det var alger som först hade sex.
Beviset på att dessa fossiler reproducerade sig sexuellt är att de sporer eller reproduktiva celler som de genererade fanns i två former – manliga och kvinnliga. Idag vet vi att rödalger saknar spermier som aktivt simmar. De förlitar sig på vattenströmmar för att transportera sina fortplantningsceller, vilket sannolikt är hur de har gjort det de senaste 1,2 miljarder åren.
Det var alger som först hade sex
Rödalger är en av de största och äldsta grupperna av alger, med cirka 5 000 till 6 000 arter av huvudsakligen flercelliga marina alger, inklusive många anmärkningsvärda alger.
De är en mycket mångfacetterad grupp, och de har förblivit mycket likartade till utseendet under 1,2 miljarder år. Denna livslängd innebär att de kan beskrivas som ”levande fossiler” – de är en kvarleva från det förflutna som påminner oss om varifrån vi kommer.
Det är den ovanligt hårda och föränderliga miljö som B. pubescens levde i som kan ha fått kön att utvecklas för 1,2 miljarder år sedan.
Galen Halverson vid McGill University i Montreal, Kanada, förklarar: ”När det gäller klimatet verkar det som om Bangiomorpha pubescens-fossilerna dök upp ungefär samtidigt som hundratals miljoner år av relativ miljöstabilitet hade nått sitt slut. Vi ser stora störningar i kol- och syrecyklerna vid den här tiden, vilket tyder på stora miljöförändringar.”
Vid den här tiden var kön avgörande för de flercelliga organismernas framgång och utveckling. Dessa fossil markerar därför betydande framsteg i livets utveckling. Halverson tillägger: ”Vilka sambanden är mellan sexuell reproduktion, flercellighet, syresättning och den globala kolcykeln förblir oklart, men det är svårt att inte anta att dessa händelser är nära sammankopplade.”
Studier av dessa stenar för att förstå vilken typ av miljö som gjorde det möjligt för sex att utvecklas och följaktligen för att förstå ursprunget till flercellighet på vår planet, informerar inte bara om vårt förflutna och varifrån vi kommer, utan även om potentialen för att liv ska utvecklas på andra planeter.
Det är svårt att föreställa sig att alger är initiativtagare till den sexuella revolutionen, men det var denna viktiga evolutionära utveckling för 1,2 miljarder år sedan som banade väg för livet på jorden som vi känner det.
Vivien Cumming finns på Twitter och Instagram: @drvivcumming
Gå med i över fem miljoner BBC Earth-fans genom att gilla oss på Facebook eller följa oss på Twitter och Instagram.
Om du gillade den här artikeln kan du anmäla dig till det veckovisa nyhetsbrevet om bbc.com-funktioner som heter ”Om du bara läser 6 saker den här veckan”. Ett handplockat urval av artiklar från BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel och Autos, som levereras till din inkorg varje fredag.