Naučnici sa Stenforda predložili su odgovor na čuveno pitanje o evoluciji seksualne reprodukcije
Tekst: Nikola Zdravković
Jedna od evolucionih misterija, koja postoji još od doba moderne sinteze, jeste seksualna reprodukcija. Od tog vremena dele nas decenije traganja za odgovorom na pitanje: zašto i kako je došlo do evolucije seksualne reprodukcije? Grupa naučnika na čelu sa Markusom Feldmanom sa Stenforda predložila je rešenje koje su nazvali genetska prilagodljivost (genetic mixability).
Seksualna reprodukcija, kod koje se geni više jedinki spajaju da bi stvorili novu, evolutivno je mlađa od aseksualne, gde do razmnožavanja dolazi prostim deljenjem roditelj-jedinke. Kao i sve druge evolutivne pojave, seksualna reprodukcija je nastala kao niz mutacija: slučajnih promena genetske građe jedinki koje su se prenosile sa generacije na generaciju.
Danas se mnoge biljke, gotovo sve životinje i neke gljive razmnožavaju seksualno, što znači da seksualna reprodukcija radi nešto kako treba.
Dekodiranje evolucije
Problem nastaje kada se uzme u obzir da je aseksualna reprodukcija jednostavno bolja u čuvanju dobrog i uklanjanju lošeg genetskog materijala. Ako je neka mutacija omogućila jedinki da lakše preživi do zrelosti i razmnoži se, ona će aseksualnom reprodukcijom preneti tu mutaciju direktno svojim potomcima.
U seksualnoj reprodukciji, geni koji su doveli do tako korisne mutacije neće biti direktno preneti, već samo u kombinaciji sa genima jedinke-partnera. Korisna mutacija može loše sarađivati sa genima druge jedinke, a može biti i potpuno potisnuta. Seksualna reprodukcija uvodi brojne, i što je još čudnije, naizgled nepotrebne komplikacije.
Veliki pomak bio je napravljen kada je predloženo da predmet evolucije ne mora biti samo gen, niti jedinka, već i populacija. Prvobitni razlog populacionog razmišljanja u biologiji je bio objašnjenje evolucije altruističkog ponašanja. Školski primer evolucije altruizma je upozorenje: jedan slepi miš će žrtvovati svoj život tako što će glasnim tonom upozoriti ostatak populacije na vrebanje grabljivaca.
Populacioni biolozi su sa velikim uspehom pokazali da će evolucija delovati na čitave grupacije slepih miševa na ovaj način, i da će populacije sa altruističnim jedinkama imati veće šanse za preživljavanje od populacija koje takve jedinke nemaju. Razlika je očigledna: evolucija ne mora delovati samo od jedinke do jedinke; i populacije se mogu takmičiti jedna sa drugom. Usledio je niz pokušaja da se seksualna reprodukcija objasni na ovaj način.
Intuicija deluje na mestu: seksualna reprodukcija omogućava češće i lakše kombinovanje gena u okviru populacije. U populaciji jedinki koje se razmožavaju aseksualno, neka izuzetno korisna mutacija će dostići fiksaciju (kada postaje sveprisutna karakteristika čitave populacije) tek kada potomci prvobitne jedinke sa tom mutacijom budu njeni jedini preživeli članovi.
Sve jedinke bez te mutacije moraju odumreti, za šta mogu biti potrebne generacije. Sa druge strane, tokom seksualne reprodukcije ovaj koristan gen ima šansu da bude rasprostranjen mnogo brže. Ako se posmatraju čitave populacije, seksualna reprodukcija može doneti značajnu prednost.
Šta je genetska prilagodljivost?
Biologija se odavno ne zasniva samo na intuiciji i posmatranju. Argumenti se formalizuju, vrše se matematički proračuni, eksperimenti gde priroda to dozvoljava, i hipoteze se rigorozno testiraju. Dugo vremena objašnjenja evolucije seksualne reprodukcije nisu uspevala da prođu ovaj stadijum provere: modeli su se pokazivali nedovoljno jasni, računice sklone kritikama, a zaključci su ostavljali previše novih pitanja. To su okolnosti u kojima u igru ulazi genetska prilagodljivost.
Teoretičari genetske prilagodljivosti se slažu da je aseksualna reprodukcija bolji izbor od seksualne ako je cilj naći najbolju moguću kombinaciju gena. Seksualna reprodukcija, međutim, nudi nešto drugo: ona favorizuje gene koji rade dobro u različitim kombinacijama, one koji su najprilagodljiviji.
Svakoj jedinki najviše odgovara da ima najbolju moguću kombinaciju gena. Međutim, čitavim populacijama tokom dugih perioda vremena najviše odgovaraju oni geni koji se pokazuju najuspešnijim u proseku, jer se u populacijama tokom vremena menja sve, od staništa do fizionomije. Gen generalista tako pobeđuje specijalistu.
Ako prilagodljivost gena ovako pozitivno utiče na šanse za preživljavanje, onda je pretpostavljeno da evolucija vrši selekciju za prilagodljivost (selection for mixability). Naravno, nije u pitanju nekakva nova evolutivna sila. Selekcija postoji – ona je prirodna posledica postojanja nasledivih mutacija – ali nju nauka nikada nije do kraja mapirala. Teorija genetske prilagodljivosti prosto kaže da postoji vid selekcije koji je do sada u biologiji bio previđen: populacije sa prilagodljivijim genima u proseku prolaze bolje.
Matematika evolucije
Naravno, tvrdnju kao što je ova je praktično nemoguće podvrgnuti smislenom testu. Naučnici koji su predložili ovu teoriju pošli su drugačijim putem. Seksualna reprodukcija je već široko rasprostranjena, pretpostavljamo zato što donosi nekakve adaptivne prednosti. Ako je prilagodljivost znatno veća u seksualnoj nego u aseksualnoj reprodukciji, onda prilagodljivost može biti razlog uspeha seksualne reprodukcije.
Matematički proračuni koji su pratili teoriju pokazali su da prilagodljivost jeste veća u seksualnoj reprodukciji, kroz rezultate koje su autori nazvali robustnim, što je zapravo najveći kompliment koji se u biologiji daje matematičkim proračunima.
Genetska prilagodljivost, dakle, na svojoj strani ima solidnu intuiciju i robustne matematičke modele. Međutim, kao što se iz prethodnog pasusa može videti, čekaju je još mnoga iskušenja. Čak i ako se dokaže da seksualna reprodukcija pospešuje prilagodljivost, koja je sama, na duge staze, evolutivno korisna, to opet nije dovoljno da se dokaže da je do evolucije seksa došlo zbog prilagodljivosti.
Konceptualni problemi na stranu – genetska prilagodljivost će se takmičiti sa drugim teorijama evolucije seksualne reprodukcije, mnoge od kojih i same mogu biti dobro potkrepljene, ponekad (čak) i robustnim rezultatima.
Sudeći po izazovima koji su pred njom, evolucija seksualne reprodukcije će ostati goruće pitanje u biologiji još dugo vremena. Danas je nemoguće predvideti da li će genetska prilagodljivost za deset, dvadeset ili pedeset godina ući u biološke udžbenike kao naširoko prihvaćena teorija ili istorijski kuriozitet. Ostaje nam da pratimo razvoj događaja ili, još bolje, da se uključimo.