WRACAMY NA ŁAMY. „Indeks” zaprasza do lektury

Taniec płci

Z prof. dr. hab. Arkadiuszem Nowakiem z Instytutu Biologii UO rozmawia Barbara Stankiewicz

- Po co Natura wymyśliła płcie? Prapoczątki świata były przecież „bezpłciowe”…

- Najpierw ustalmy, jaki jest cel życia każdego z organizmów. Otóż owym celem jest posiadanie potomstwa, co oznacza możliwość przekazania swoich genów następcom. Zgodnie z tą teorią, nazywaną często teorią „samolubnego genu”, to właśnie gen jest podmiotem życia. Reszta, czyli człowiek, roślina, zwierzę czy jakikolwiek inny organizm – jest tylko opakowaniem, nośnikiem, dzięki któremu te geny są multiplikowane. 

Na początku świata, w tym wielkim praoceanie, bulionie wstrząsanym wyładowaniami atmosferycznymi, związki chemiczne grupowały się w określony sposób, wykorzystując swoje powinowactwo atomowe. Powstawały tzw. koacerwaty czy minisfery. Jedna sfera wchłaniała drugą, mniejszą… Po upływie milionów lat stawała się mitochondrium czy inną organellą przyszłej komórki. I prawdopodobnie te komórki dzieliły się wegetatywnie, czyli przez podział. Pierwotniaki do dziś przecież rozmnażają się w ten sposób, sadzonki niektórych roślin też pozyskujemy dokonując podziału ich kłączy, jest to tzw. rozmnażanie niepłciowe (wegetatywne lub przez podział). Istnieje jeszcze odkryta przez Opolanina (Dzierżon) partenogeneza, czyli dzieworództwo, która w skrócie oznacza typ rozmnażania płciowego, ale bez udziału partnera przeciwnej płci. Więc na początku tak to pewnie wyglądało – ale ciągle zachodziły kolejne zmiany środowiskowe czy wręcz tzw. kryzysy życia na Ziemi. Natura wpadła więc na pomysł, że są sytuacje, kiedy warto ponieść koszt rozmnażania płciowego, po to, by przyszłe pokolenia mogły się do tych zmian dostosować. Co ciekawe, ów koszt rozmnażania płciowego nazywa się często „kosztem samca”.

- Ponosi go samiec czy samica?

- Niestety, samica. Bo co się dzieje, kiedy samica rozmnaża się w sposób płciowy? Ano, najpierw musi znaleźć partnera, odtańczyć z nim taniec godowy, znosić jego fanaberie, a często agresję, wabić, zabiegać… A potem np. przez wiele miesięcy nosić ciążę, co jest dla niej obciążeniem nie tylko fizycznym, ale i psychicznym, wymaga więc w tym czasie szczególnej ochrony, opieki. W życiu samca w tym czasie natomiast nic się nie zmienia.  Samica musi go więc wcześniej ze sobą związać, tak mocno, aby po jej zajściu w ciążę nie odszedł. Samiec też w ten związek inwestuje, więc w jego interesie jest , aby to z trudem wystarane potomstwo przeżyło, bo inaczej on straci to, co zainwestował. Dlatego musi zostać i pomagać samicy. Tak więc allel: „inwestuj przed kopulacją”, wyselekcjonowany w genach samców przez samice, wymógł również selekcję allelu: „zostań przy samicy po porodzie”, bo było to też w interesie samca. Stąd kobiety najpierw testują swoich partnerów, sprawdzają, czy będzie się nią i ich wspólnym  potomstwem opiekował. Inwestują w tę znajomość – pieką smakołyki, wabią, odpychają, prowadzą flirt… Jednym słowem tańczą ten swój taniec godowy, opiekując się samcem, po to, żeby w przyszłości zapewnić sobie jego opiekę. W przyszłości, czyli w momencie dla samic krytycznym, jakim jest ciąża i narodziny potomstwa. Muszą mieć pewność, że samiec będzie wtedy donosił pokarm, bronił gniazda…

„Kosztem samca” jest również i to, co jest istotą rozmnażania płciowego: samica przekaże potomstwu tylko połowę swoich genów, bo pozostałe będą przecież pochodzić od jej partnera. Pojawia się więc ryzyko – bo nie wiadomo, jak się te geny pokrzyżują. Stąd wszystko wskazuje na to, że mój syn na przykład nie będzie biologiem, ale historykiem – pewnie po ojcu mojej żony… A żona pewnie widzi w córce cechy teściowej – to jest jej koszt. Ale te koszty trzeba ponosić, po to, by wydać na świat potomstwo bardziej zaadoptowane do warunków środowiskowych.

- Ta lepsza adaptacja do warunków jest efektem rekombinacji genów matki i ojca?

- Spójrzmy na to matematycznie: skoro samica rozmnażająca się w sposób bezpłciowy przekazuje swojej córce sto procent genów, to oznacza, że jej genotyp po prostu się reprodukuje. Córka jest więc identyczną kopią matki, bo dziedziczy te same geny. Tymczasem środowisko ulega nieustannym zmianom – właśnie po to, żeby organizmy mogły się do nich przystosować Natura wymyśliła rozmnażanie płciowe. To jedna z form adaptacji do warunków środowiska. Ślimaki, na przykład, kiedy warunki środowiska są stabilne – rozmnażają się bezpłciowo, w każdym pokoleniu przekazują więc ten sam zestaw genów. Ale gdy warunki środowiska zmieniają się – przestawiają się na rozmnażanie płciowe. Oczywiście, zmiany wynikające z połączenia materiału genetycznego ojca i matki nie są na tyle duże, żeby były widoczne już w kolejnym pokoleniu, dopasowywanie się do warunków środowiska trwa długo.

Zwróćmy też uwagę na to, że i my, ludzie, reagujemy na zmianę tych warunków. Bo kiedy środowisko jest stabilne, nie ma konkretnych zagrożeń, przyrost naturalny u ludzi jest niski – kiedy jest nam dobrze, słabiej się rozmnażamy. W warunkach stresu, a może to być np. wojna i inne zagrożenia, ludzie natychmiast koncentrują się na rozmnażaniu, wtedy pojawia się więcej dzieci, mówimy o wyżu demograficznym.

Ten taniec wokół płci przekłada się na całe nasze życie. W literaturze podawany jest taki przykład: kiedy rodzinie żyje się biednie, opłaca się mieć wiele córek – bo wzrasta prawdopodobieństwo, że część z nich będzie piękna, a więc uda się je bogato wydać za mąż. Inaczej jest, kiedy rodzinie żyje się dostatnio – wtedy pożądane są dzieci płci męskiej, bo one odziedziczą majątek, którego dorobili się rodzice.

- Sensem rozmnażania płciowego jest skumulowanie u potomstwa najlepszych cech, pozwalających na przetrwanie. Ale mogą przecież skumulować się złe geny…

- Były na ten temat różne hipotezy. Hipoteza Fischera-Mullera mówi o tym, że kumulujemy w genotypie głównie cechy pozytywne. Ale zaraz pojawiła się alternatywna hipoteza tzw. zapadki Mullera, który słusznie zauważył, że można też skumulować cechy negatywne. Okazuje się jednak, że system rozmnażania płciowego daje możliwość uzyskiwania w każdym pokoleniu organizmów mniej obciążonych mutacjami, niż organizmy rodzicielskie. System taki potrafi odwrócić zapadkę Mullera (jak to dowodził rosyjski biolog – Kondrashov). I właśnie dlatego populacje osobników rozmnażających się bezpłciowo są tak mało liczne – bo nie potrafią one odświeżać swojego zmutowanego DNA i spadają w przepaść niekorzystnych mutacji, szybko wymierając. Hipotezą, którą uznano za najbardziej bliską prawdzie jest tzw. hipoteza Czerwonej Królowej. Przypomnijmy, że jest to postać z „Alicji w Krainie Czarów”, która mówi: „aby utrzymać się w tym samym miejscu, trzeba biec ile sił”. Jest to hipoteza potwierdzona eksperymentalnie, według której silna konkurencja wymusza stałe zmiany ewolucyjne o charakterze kierunkowym. Przykładem jest wyścig pomiędzy drapieżnikami  i ich ofiarami (drapieżniki są coraz szybsze i sprawniejsze i lepiej „uzbrojone” dlatego, że ich ofiary są coraz szybsze i sprawniejsze). Rozmnażanie płciowe jest jednym z narzędzi, jakiego używają organizmy broniąc się przed drapieżnikiem, a może nim być np. pasożyt. Prześledźmy to na przykładzie europejskich jeżyn: Rubusconstrictus, rozmnażającej się wegetatywnie i Rubusulmifolius, rozmnażającej się płciowo. Obie zostały sprowadzone z Europy do Chile i tam się rozprzestrzeniły. Minęło prawie sto lat, kiedy w Chile pojawił się gatunek europejskiego grzyba-rdzy Phragmidium violaceum, który zaatakował te rośliny. I okazało się, że zniszczył tylko te, które rozmnażały się bezpłciowo, a więc nie potrafiły rekombinować genów, stąd pasożyt doskonale wiedział, jak zniszczyć ich system immunologiczny. Przetrwała jeżyna rozmnażająca się płciowo, która dzięki rekombinacji genów zmieniała się z pokolenia na pokolenie. Ale to nie koniec tego wyścigu – porażka wymusiła na pasożycie zmianę sposobu rozmnażania się – na płciowe, pozwalające mu przystosować się do nowych warunków, dające szansę na skuteczne zaatakowanie opornej jeżyny…  Ten wyścig drapieżnika i ofiary nie ma końca – w przyrodzie każda zmiana pociąga za sobą kolejną zmianę.

Ale nie zapytała pani jeszcze o to, ile jest na świecie płci?

- Dwie?

- Są organizmy, niektóre robaki, które mają… 32 płcie. Nam, ludziom, wystarczą dwie, bo nas jest dużo, ok. 7,5 miliarda. Populacja wspomnianych robaków jest bardzo niewielka, stąd prawdopodobieństwo spotkania osobnika odmiennej płci, gdyby były tylko dwie, jest w niej znikome. Natura poradziła sobie zatem w inny sposób: pojawiły się 32 płcie, stąd wzrosło  prawdopodobieństwo spotkania partnera, z którym można mieć potomstwo, czyli zrekombinować DNA. W taki sposób ewolucja pomaga organizmom, których populacja jest nieliczna, a w dodatku żyją w warunkach ekstremalnych, gdzie częstotliwość spotkań jest niewielka. Co ciekawe, dla nas te robaki fizycznie niczym się między sobą nie różnią – ale one rozpoznają  swoje płcie po zapachu genotypu. Podobnie zresztą, jak ludzie. Udowodniono, że pod tym względem nasz węch jest doskonały – to wyczuwany przez nas zapach genotypu drugiego człowieka decyduje o stopniu jego atrakcyjności. Zapach, który jest dla nas pociągający, to  sygnał, że mamy do czynienia z człowiekiem o genotypie bardzo różniącym się od naszego, co zwiększa możliwość korzystnych dla potomstwa rekombinacji.

- Dlaczego ewolucja okazała się tak łaskawa dla jednych gatunków, pozostałym nie dając szansy na doskonalenie się, choćby poprzez możliwość rozmnażania płciowego? A już ludzie wyróżnieni zostali w sposób szczególny.

- Powiedzmy, że to jest ten cud, może Siła Wyższa, która właśnie ludzi wyróżniła, wyniosła na szczyt. Po czym – dodajmy – wszystko się zepsuło, bo człowiek „uczynił sobie ziemię poddaną”? Albo inaczej. To jest nasz fuks, że ssaki i naczelne dominują na świecie. Tak jak przypadkiem było to, że miliardy lat temu meteoryt zabił większość naszych konkurentów. Albo, że zmieniający się na skutek ruchów kontynentów klimat zmusił naszych praprzodków, gdzieś w Afryce, do zejścia z drzew, przyjęcia postawy wyprostowanej, co przyniosło kolejne konsekwencje, choćby w postaci większego mózgu… Jesteśmy więc, jako ludzie, dziećmi szczęścia. Bo na ewolucję składa się szereg przypadków. Ewolucja wcale na nas nie stawiała. Równie dobrze, zamiast nas, mogłyby tu siedzieć i dywagować na przykład dwie pszczoły. Zresztą, kto wie, czy gdzieś w ulach, kiedy brzęczą, nie analizują właśnie sytuacji ewolucyjnej populacji dwunożnych, słabo owłosionych istot, które z niewiadomych dla pszczół przyczyn wykradają im z ula pożytki.

Rozmawiała Barbara Stankiewicz