Předpokládá se, že hlavní výhodou sexuální reprodukce je, že potomci jsou rozmanitější, což vytváří materiál pro přirozený výběr a pomáhá urychlit evoluci. Ale podle jiného úhlu pohledu pomáhá sexuální reprodukce druhům přizpůsobit evoluční změny ve prospěch celé populace.
Vedoucí laboratoře molekulární genetiky v Ústavu problémů chemické fyziky Ruské akademie věd, doktor biologických věd Viktor Ščerbakov, hovoří o roli sexuální reprodukce v evoluci.
– Jaký je podle vás smysl sexuální reprodukce a proč je to nutné?
– U organismů se složitým genomem a složitým vývojem je velký problém mutační interference. Přesnost replikace dosahuje svého limitu. Přesnější kopírování DNA jednoduše z energetických důvodů není možné, tělo se s přesnějším kopírováním energeticky nevyrovná. Evoluce samozřejmě vždy oslepne, zkouší různé možnosti a jedním z jejích vynálezů je sexuální rozmnožování.
Pohlavní rozmnožování se zdá naprosto zbytečné, protože to všechno komplikuje. Když se jedinec rozmnožuje dělením nebo pučením, vyprodukuje podobného jedince a přenese na něj veškerou svou dědičnost, celý svůj genom. Nepotřebuje hledat partnera, aby zplodila potomstvo. Navíc, když se během evoluce takového asexuálního organismu náhodně vytvoří dokonalý genom, bude předán zcela, beze změny, všem potomkům. To jsou výhody asexuálního rozmnožování. A během pohlavního rozmnožování každý jedinec předá svým potomkům jen polovinu své genetické informace. To znamená, že nemůže reprodukovat svou přesnou kopii. Nejdůležitější věcí, která se děje během sexuální reprodukce, je odmítnutí jednotlivců přesně se reprodukovat.
– Můžeme říci, že klonování je přesně pokus o vytvoření přesné kopie jedince.
– V těchto experimentech chtějí zvrátit evoluci. Koneckonců, evoluce následovala cestu přechodu od dělení k sexuální reprodukci. Nejjednodušší organismy se rozmnožují dělením a pouze nejnižší z eukaryot, u vyšších organismů, zejména u savců, je nepohlavní rozmnožování nemožné. Pohlavní rozmnožování komplikuje proces rozmnožování druhu. Postačí říci, že zejména s degradací druhu se stává setkání se sexuálními partnery velmi obtížné a riskantní. A přesto se pohlavně rozmnožují. To znamená, že je to životně důležité. Jedna výhoda sexuální reprodukce je zcela zřejmá. Co se vlastně děje při sexuální reprodukci? Každá buňka diploidního organismu má otcovskou i mateřskou sadu chromozomů. Tyto rodičovské chromozomy se navzájem potkají a začnou si vyměňovat své fragmenty. A co je velmi důležité, jsou náhodně smíchány, takže každý potomek dostane unikátní sadu genů. Každý potomek má svou vlastní genetickou kombinaci. Vždy se bere 50 % od jednoho rodiče, 50 % od druhého rodiče, ale těchto 50 % se bere náhodně. Proto je každý jedinec skutečně individuální a jedinečný. To okamžitě ukazuje, že jedinci, kteří se pohlavně rozmnožují, produkují širokou škálu potomků.
– To znamená, že sexuální reprodukce vede ke zvýšení diverzity v populaci?
– Genové míchání je samozřejmě důležité, ale to není to hlavní. Již jsme řekli, že u velkých genomů dochází k mutacím nebezpečnou rychlostí. A jakmile k mutaci došlo, není již možné se jí zbavit. Pravděpodobnost reverzní mutace je o mnoho řádů nižší než výskyt nové mutace. Ale právě tato rekombinace, výměna fragmentů chromozomů, umožňuje zotavení po mutaci. Potkali se dva mutanti, ale mutace jsou na různých místech chromozomu a proto je teoreticky možná taková výměna, že místo dvou mutantů dostaneme buď jedince se dvěma mutacemi nebo jedince bez mutací. Mutace u asexuálních organismů jsou nevratné, ale u pohlavních organismů jsou reverzibilní. Vždy je možnost udělat krok zpět. A to zvyšuje udržitelnost a stabilitu druhu.
Tato reverzibilita je antievoluční proces. Uděláme krok zpět a vrátíme se do předchozího stavu. Asexuální organismy neustále hromadí mutace a mutace se mohou hromadit velmi intenzivně, zvláště když dochází k řízené selekci. Poháněna řízenou selekcí může asexuální populace akumulovat mnoho mutací. To může vést k úspěchu, ale pokud selžou, nemohou se vrátit. Reprodukční organismy mají jakousi Ariadninu nit. Mají také mutace a mohou se také hromadit, když se populace přizpůsobí určitým podmínkám. Ale organismy si zachovávají schopnost vrátit se zpět, pokud se situace změní. Schopnost obnovit původní genotyp je jednou z vážných výhod pohlavních organismů. Ale podle mého názoru mnohem významněji přispívá ke stabilitě druhů jiná možnost pohlavních organismů. Faktem je, že u druhů, které se rozmnožují pohlavně, se jednotkou výběru stává populace.
– Můžeme říci, že asexuální organismy nemají populace jako takové?
– Existují, samozřejmě. Organismy žijí v nějakých skupinách, ale vždy se jedná o skupinu jedinců, kteří jsou si geneticky blízcí a výběr funguje na úrovni jedince. A přísně vzato, výsledkem tohoto výběru jsou klony. Asexuální organismy v podstatě nemají biologický druh. A u sexuálních jedinců nezanechává jedinec přesnou kopii sebe sama, potomstvo se ukáže být geneticky smíšené. Můžeme říci, že u sexuálních jedinců každý jedinec přispívá svým genotypem do společného genofondu. Ukazuje se, že obecně je populace nezbytná pro reprodukci sexuálních jedinců, zachování populace je podmínkou přežití jedince. Jedinec v zásadě nemůže přežít mimo sexuální populaci. Proto vzniká společný genofond. A když se vytvoří společný genofond, pak nastanou podmínky pro selekci nikoli jedinců, ale populací. To znamená, že u jedinců, kteří se rozmnožují sexuálně, dominuje skupinový výběr.
Jiná cesta prostě není. Jednotlivci mísí své geny a přežití populace se stává nezbytnou podmínkou přežití jedince, takže k selekci musí dojít na úrovni skupiny. Nabízí se ale otázka: jak může probíhat selekce na úrovni jedince, když neopustí svou genovou kopii, když se jeho genom rozpadne v další generaci. Chápu, jak je těžké o skupinovém výběru vůbec mluvit. Faktem je, že přítomnost skupinového výběru je velmi obtížné prokázat. Nějaký jednoduchý a jasný způsob, jak dokázat, že skupina byla vybrána zde.
Odpůrci skupinového výběru si dlouho nedokázali vysvětlit vznik altruismu v populaci. Poté Hamilton navrhl mechanismus příbuzenské selekce, kdy se člověk nebo zvíře obětuje, ale zachrání své příbuzné, a protože jsou si geneticky blízcí, umírající zachrání i své geny. Ale můžete se na věc podívat úplně jinak a vidět, že skupina byla vždy jediným významným momentem v evoluci. Co je to mnohobuněčný organismus? Toto je skupina buněk. A mnohobuněčný organismus by nemohl vzniknout bez skupinové selekce. Čili přechod od individuálního ke skupinovému výběru byl nezbytnou podmínkou pro vznik mnohobuněčného organismu. Kde je tedy konkurence a boj o existenci? Ať se podíváte nestranně kamkoli, ukáže se, že neexistuje žádná konkurence, ale pouze spolupráce. Buňka je spolupráce genů, mnohobuněčný organismus je spolupráce buněk. Sexuální populace je spolupráce jednotlivců. Ale vždy říkali, že život je boj, boj, střet.
– Takže si myslíte, že neexistuje žádný boj o existenci?
– Ano, ale funkce boje je pomocná, regulační. Vezměme si například hierarchicky organizované hejno ptáků: všichni mezi sebou pravidelně bojují a zjišťují svou hodnost. Toto je mechanismus pro ladění hierarchií. Cílem všech těchto střetů je správná organizace smečky. Protože tato organizace je prospěšná pro všechny. Nebo zuřivý, krvavý boj o místo vůdce ve vlčí smečce. Ale není to vůdce, kdo bojuje za to, aby v potomstvu zanechal co nejvíce svých genů, to si myslím není to hlavní: tady jsou nejdůležitější zájmy smečky, která potřebuje toho nejlepšího vůdce a boj je způsob, jak to zjistit. Pohlavní rozmnožování vedlo k tomu, že se populace stala jednotkou výběru. To znamená, že systém je velmi složitý, ale právě tento systém se ukazuje jako stabilní. To je podle mého názoru to hlavní, co sexuální rozmnožování poskytuje – vytvoření nadindividuálního druhu.
