Student World

O tom, jak se mohlo stát, že sexuální rozmnožování v průběhu evoluce mnohobuněčných organismů jasně převládlo, se vedou spory už nejméně půl století. Taktéž jsme je probírali i zde. (Základní informace viz např. článek Komplikace kolem výkladu sexuality)

New Scientist se tímto problémem zabývá v rozsáhlém textu, kdy je nejdříve zpochybněna známá hypotéza červené královny, alespoň coby univerzální řešení tohoto problému. I asexuálně se rozmnožující organismy totiž zřejmě stačí vytvářet mutace, které zajišťují jejich změnu a tím i odolnost proti parazitům.

Dále se uvažuje, že sex se nevyskytuje u bakterií (respektive si sice také vyměňují genetickou informaci, ale vlastní vznik nových buněk je nepohlavní). Naopak mnohobuněční živočichové se rozmnožují téměř výlučně sexuálně; tam, kde přešli na klonování, se jedná o evolučně relativně pozdní změnu.

Z toho se zdá, že pro mnohobuněčné organismy sex nyní nemusí být výhodný, ale je to prostě „evoluční past“ – není tak lehké se ho zbavit, jakmile jednou taková zásadní změna nastala. Takže vysvětlením sexu mohou být nějaké dávné evoluční události, k nimž došlo při vzniku mnohobuněčných živočichů. Je možné, že sexuálně se rozmnožoval už i poslední společný předek všech eukaryontních organismů (protože mnohobuněčnost pak minimálně u rostlin a živočichů vznikla nezávisle na sobě). V tu chvíli tedy sex musel být nějak výhodný, a to v každém kroku tohoto procesu. Proč to ale naopak není výhodné pro současné bakterie?

Z jiného úhlu pohledu, co sdílejí téměř všechny eukaryontní buňky oproti těm prokaryotním? Bill Martin, biochemik z univerzity v Düsseldorfu, přináší na tomto základě nový pohled na evoluci sexuality: mohou za ni mitochondrie. Dlouho se předpokládalo, že prvok (bičíkovec) giardia, který se rozmnožuje asexuálně již velmi dlouho, žádné mitochondrie v buňkách nemá, posléze se však u něj objevily od mitochondrií odvozené struktury. No a pokud je i asexualita giardií odvozená a nikoliv „primitivní“, mohlo by to oboje spolu souviset. Totéž platí i pro další eukaryonty zdánlivě bez mitochondrií – také mají v jádře geny prozrazující mitochondriální původ. Naposledy byly prokázány i u organismu jménem Trimastix (také „prvok“, což je ovšem zařazení zavádějící, protože žádná taková kladistická skupina téměř jistě neexistuje).

Ve chvíli, kdy mitochondrie pronikly do hostitelských buněk (nejspíš z říše archea), měly mnohem více genů než dnes. Možná dokonce, že i většina současných jaderných genů pochází z mitochondrií (původně aerobní bakterií libujících si v tehdy vznikajícím kyslíku) než z „hostitelské“ anaerobní archeobakterie. Mitochondriálního původu je možná i většina intronů (nekódujících sekvencí DNA).

Takže nám vyvstává následující hypotéza: Spolu s tím, jak aerobní bakterie, pozdější mitochondrie, pronikly do jiné bakteriální buňky, došlo k „rozvalení“ hostitelského genomu (možná jaderného, pokud už v tu chvíli existovalo něco na způsob jádra). Možná v tu chvíli došlo k problému, že jednotlivé geny se projevovaly příliš svázaně s druhými, selekce by pak neprobíhala na úrovni jednotlivých genů, ale genomů jako celek. Prospěšné mutace by se pak nemohly šířit. Buď by zase zmizely, protože jejich efekt by byl potlačen dalšími spojenými geny, nebo by převládly, ale i s další genetickou výbavou, která by už tak výhodný být nemusela. Každopádně, první scénář znamená nulovou evoluční změnu, druhý zase likvidaci genetické rozmanitosti.

V tuto chvíli začal být výhodný sex, protože umožňoval s geny opět míchat a selektovat na úrovni jednotlivých genů, nikoliv genomu jako celku. Navíc zde v nějaké míře mohla působit i červená královna. To dává smysl, je ale trochu nejasné, proč by k této situaci mělo speciálně dojít zrovna ve chvíli vzniku eukaryontní buňky – podrobnější výklad viz odkaz na zdroj níže. Zdá se, že ve chvíli průniku mitochondrií došlo ke „genetickým zmatkům“, které se projevily větším tempem genetických změn/rychlostí vzniku mutací. A na ty jsou klonálně se rozmnožující organismy citlivé.

Tady se ukazuje, že celý výklad je lehce nejasný, na jednu stranu jako by sex vznikl, aby umožňoval fixaci příznivých mutací, na druhou stranu spíše proto, aby rychlost genetických změn snižoval a odstraňoval nevýhodné mutace. Podrobnější výklad uvádí každopádně New Scientist. Ať tak či onak, na světě je další teorie, která by může vysvětlovat jednu z největších záhad evoluční biologie vůbec.

Zdroj: New Scientist

Celý podrobný materiál zde

Nedávno se zde také objevil článek s jiným pohledem na věc: Sex jako obrana proti rakovině. Zde je jádrem výkladu nikoliv sex jako takový, ale oddělení somatické a zárodečné linie (což má smysl až u mnohobuněčných organismů).

Jiný úhel pohledu: což kompromis mezi sexuálním a asexuálním rozmnožováním v podobě hermafroditismu, jaké přináší výhody a nevýhody? Proč není hermafroditismus rozšířenější?

Na toto téma viz také: Sex versus klonování

Mechanismy, jimiž se geny z mitochodrií a dalších organel stěhují do jádra viz také: Proč se sobecké geny stěhují mezi organelami a jádrem. Zajímavé je, že zde se celý proces vysvětluje jako následek sexuálního rozmnožování, nikoliv jeho příčina.

Mitochondrie na Wikipedia.cz

autor Pavel Houser