összes videóa hét videói

Ocean Sky

összes képa hét képei

Csillagok

eseménynaptár

hírlevél

alapító

Mire jó a szex?

Nem lenne célszerűbb klónozódni? Miért alakult ki az evolúció során a szex, ha klónozással is szaporodhatnánk?

Klónozódni célszerűbb!
És az hagyján, hogy egyszerűbb lenne az élet szex nélkül (gondoljuk csak el, nem lennének párkeresési nehézségek, féltékenység, szerelmi háromszögek, nem is beszélve a szexuális úton terjedő betegségekről), de talán sikeresebbek is lennénk, ha klónozással szaporodnánk. Nem csak mi, emberek, de az élővilág minden más egyede is. Hiszen a klónozódásnak rengeteg előnye van: több utódot produkál, s minthogy minden utód a szülője génkombinációját örökli egy az egyben, biztos, hogy olyan génállománnyal rendelkezik, ami már kiállta az élet próbáját. Míg az ivaros szaporodás esetében a két szülő génállománya véletlenszerűen keveredik, s minden alkalommal új rendszerré áll össze, amiről aztán az élet során derül csak ki, hogy szerencsés vagy szerencsétlen kombináció-e.

De akkor minek a szex?
Éppen ezért az evolúcióbiológia egyik legnagyobb kérdése mintegy száz éve már, hogy miért alakult ki az evolúció során a szex, azaz az ivaros szaporodás, és miért szorította ki a korábbi klónozódást, ha nem egyértelműen előnyösebb annál. A ma élő élőlények döntő többsége ivarosan szaporodik. De akkor a baktériumok hogyhogy elvannak több milliárd éve szex nélkül?
Talán lehet valami mély összefüggés a szex evolúciója és a komplex sejtek evolúciója között.

De mit is tanultunk biológia órán? Azt, hogy az ivaros szaporodás előnye, hogy a szülői gének véletlenszerű keveredése révén variációt biztosít a természetes szelekció számára, azaz, így több lehetőség közül választódhat ki a legéletképesebb változat. Az ivaros szaporodás tehát gyorsabb alkalmazkodást biztosít a mindig változó környezethez. Igen ám, de az is tény, hogy a valóságban a legtöbb egyed az elődjéhez nagyon hasonló környezetben él, tehát ennek az alkalmazkodási képességnek nincs igazából olyan hatalmas jelentősége. A külső környezet túl lassan változik ahhoz, hogy a szex útján való szaporodásnak kedvezzen. A klónozódás még mindig előnyösebb lehetne, hiszen több utódot biztosít.

Egy megoldás... vagy mégsem?
Ez a felvetés több evolúcióbiológus fejébe is szöget ütött. Közülük egy, egy bizonyos Bill Hamilton úgy próbálta meg megoldani ezt a problémát, hogy azt feltételezte, hogy valójában nem a külső, hanem a belső környezet az, ami gyorsan változik, s amihez előnyös gyorsan alkalmazkodni. Azaz, a szervezetek belsejében tanyát ütő, gyorsan változó parazitákkal kellett evolúciós versenybe szállni. Mai evolúcióbiológusok azonban úgy gondolják, ez a feltételezés mégsem ad kielégítő választ arra, miért részesülhetett előnyben az evolúciós fejlődés során a szexualitás az ivartalan szaporodással szemben. A parazitákkal való versenyfutás csak akkor kedvezne az ivaros szaporodás elterjedésének, ha a paraziták támadása nagyon intenzív lenne. Legtöbbször pedig nem ez a helyzet.

Ezt mondják a modellek
Mit tehet ilyen kérdések esetén egy evolúcióbiológus? Minthogy nem tud több milliárd évet visszautazni az időben, hogy közvetlenül vizsgálhassa, hogyan terjedhetett el az ivaros szaporodás az élővilágban, számítógépes modellezéssel próbálja tesztelni az elképzelések valószínűségét. Egy ilyen modellezés révén az igazolódott, hogy a legtöbb körülmény között a klónok populációja sikeresebb az ivaros úton szaporodókénál. A parazitákkal való versenyfutás tehát mégsem játszhat döntő szerepet a szex ilyen általános elterjedéséért. És még mindig itt a kérdés: a baktériumok miért nem szexelnek? Miért tartottak ki évmilliárdok során a klónozódás mellett, ha kialakult közben egy annál előnyösebb szaporodási módszer?

Míg a baktériumok a klónozódás mellett maradtak, az eukarióták, azaz a valódi sejtmaggal rendelkezők mégis általánosan átálltak az ivaros szaporodásra. Hogy miért választották ezt az utat, talán segít jobban megérteni, ha megértjük, mikor történt mindez az evolúció során. Kialakulásuk talán olyan körülmények között zajlott, ami az ivaros szaporodás felé terelte őket.

A kulcs: a mitokondrium
Mi is az a mitokondrium? Nem, más, mint az eukarióta sejtek energiaközpontja .Van azonban még egy dolog, amit fontos tudni róla: a mitokondriumok ősei valaha szabad életet élő baktériumok voltak, melyet az eukarióták bekebeleztek. Ezek a valaha szabadon élő baktériumok azóta sem vesztették el teljesen önállóságukat, és a mai napig minden sejtünkben önállóan szaporodnak és saját DNS-sel rendelkeznek! Így génállományuk is bakteriális, és alapvetően különbözik az őt bekebelező sejt génállományától. Sokáig úgy hitték, hogy nem minden eukarióta rendelkezik mitokondriummal, vagy legalább mitokondriális génekkel, de tavaly ennek az elképzelésnek az utolsó bástyája is megdőlt. Most tehát már biztosan állítható, hogy minden ismert eukarióta leszármazási ág olyan őstől ered, melynek volt mitokondriuma és ivarosan szaporodott.

A mitokondrium megszerzése, bekebelezése azonban súlyos következményekkel járt a befogadó sejt génállományára nézve. A sejtek belsejébe bekerülő mitokondriumok ugyanis elkezdték bombázni a sejt kromoszómáit mitokondriális DNS-sel. Akkoriban ugyanis a mitokondriumoknak nem olyan satnya volt a génállománya, mint ma, hanem normális bakteriális kromoszómákkal rendelkeztek. (Az eukarióta génállomány több mint 75%-a bakteriális eredetű!)

Ráadásul, az eukarióták létrejöttének korai szakaszában a mitokondriumok nem csupán génekkel bombázták az eukarióta sejtet. Az eukarióták különlegesek abban a tekintetben, hogy a génjeik darabokban vannak, s nem alkotnak folyamatos láncot. Egy tipikus gén kódoló és nem kódoló szakaszokból áll. Ez utóbbiakat a biológia szaknyelvén intronoknak hívják. Ezek az intronok a mai napig általában ugyanott találhatóak meg a génekben, még olyan távoli rokonok génjeiben is, mint az algák és az emberek. Más szóval, egy rakás intron is jelen kellett hogy legyen a minden ma élő eukarióta utolsó közös ősében. Ezek az intronok azonban nem csak egymáshoz hasonlítanak, hanem figyelemre méltóan hasonlítanak az ún. parazita „ugráló génekhez" is. Ezek a parazita ugráló gének a mai napig megtalálhatók azokban a baktériumokban, amikből később a mitokondriumok lettek. Tehát az intronok is valószínűsíthetően a baktériumoktól kerültek be az eukarióta sejtekbe, a mitokondrium révén. Az intronok betörtek a befogadó sejt kromoszómájába és elszabadultak. Elterjedtek ezrével, és elfoglalták azokat a helyeket, ahol a mai napig megőrződtek. Mivel mindez több ezer millió évvel ezelőtt történt, nem egyszerű felgöngyölíteni az eseményeket, azonban a kép kezd kitisztulni. A korai eukariótáknak mind volt mitokondriumuk, mind ivarosan szaporodtak, és komoly genetikai megterhelés alatt álltak, az új lakótársuk, a mitokondriumoktól származó DNS-ek miatt. Mindez rávilágíthat arra, hogy miért terjedt el a szex az élővilágban. A hiányzó láncszem érdekes módon már rég divatjamúlt populációmodellekben rejlik, a megoldáshoz csak le kellett porolni ezeket a régi modelleket.

Modellezés véges egyedszámú populációkkal
A populációmodellek általában végtelen egyedszámú populációkkal számolnak, ezért sokszor téves képet adhatnak bizonyos folyamatokról. Véges egyedszámú populációmodellel dolgozva azonban az olvasható ki, hogy vannak olyan körülmények, amikor az ivaros szaporodás az előnyösebb.

Gének, akik ledobják láncaikat
Ehhez a következőt kell leszögeznünk: klónozódás esetén a gének nem élnek önálló életet, hanem össze vannak egymással kapcsolódva, mint egy nyakláncon a gyöngyszemek. Tehát minden egyes gén sorsa az egész genom (az egész nyaklánc) sorsától függ. Ezzel szemben ivaros szaporodás esetén a gének cserélődni tudnak a láncban, tehát szabadon változhatnak a teljes genomtól függetlenül. Ebben a helyzetben képzeljük el, hogy egy mutáció felmerül egy génben. Klónozódás esetén mi történik? Ha a mutáció káros (mint legtöbbször), egy rossz gén ugyan nem tudja elrontani az egész genomot, viszont ezek a káros mutációk felhalmozódnak, és lassanként tönkreteszik a génállományt. Ha ebben a környzetben megjelenik egy előnyös mutáció, a helyzet talán még rosszabb: az előnyös mutáció vagy nem tud elterjedni, mert a az előnyös tulajdonságra ható erős pozitív szelekciót ellensúlyozza a temérdek felhalmozódott jellegre ható gyenge negatív szelekció. Ha pedig az előnyös tulajdonság mégis elterjed, akkor viszont a terjedése totális: ha mondjuk, van 500 féle genomvariáció egy populációban, akkor abból 499 eltűnik, mert a legelőnyösebb kiszorítja a többit. A klónozódás ilyen esetben tehát súlyosan rombolja a genetikai diverzitást egy-egy populációban.

Egy ilyen környezetben egy olyan gén, amely a szexuális úton való szaporodást segíti, a genetikai modellek szerint elterjedhet a populációkban. A szex ugyanis javítja a szelekció hatékonyságát, megengedve a géneknek, hogy szabadon újrakombinálódjanak, és lerázzák magukról a haszontalan gének társaságát. Úgy tűnik tehát, ha a populációban nagy a változatosság, ha a mutációs ráta magas, és a szelekciós nyomás nagy, mindez rendkívül veszélyes kombináció az ivartalanul szaporodó populációk számára. Nos, az első eukarióták mindhárom helyzettel szembesültek:

1. a korai mitokondriális génbombázás eredményeként a mutációs ráta nagyon magas lett.
2. a szelekciós nyomásnak is nagynak kellett lennie a parazita intronok miatt
3. ilyen gyors genomevolúció mellett a populáció nagyon diverz volt.

Mindez halálos veszélyt jelentett a klónok számára. A szex volt az egyedüli válasz. Totális szex. A gének újrakombinálódása minden kromoszómán keresztül. A nagy kérdés most már nem is annyira az, hogy mindez miért történt, inkább az, hogy hogyan.

Oszd meg: