นักวิจัยใกล้ชิดกับความลึกลับว่าทำไมเพศถึงวิวัฒนาการ

เหตุผลที่ในแง่ของวิวัฒนาการ สิ่งมีชีวิตมีเพศสัมพันธ์อาจดูเหมือนค่อนข้างชัดเจน – พวกมันทำเพื่อสืบพันธุ์ เห็นได้ชัดว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติต้องสนับสนุนบุคคลที่สามารถสืบพันธุ์ได้เหนือผู้ที่ไม่สามารถ แต่นี่เป็นจุดที่ขาดหายไป สำหรับหลายสายพันธุ์ มีทางเลือกอื่น: การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

เหตุใดเพศจึงมีวิวัฒนาการในหลายสายพันธุ์? น่าแปลกที่ไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามนี้ อันที่จริง จนถึงปัจจุบัน นักวิจัยได้พัฒนามากกว่า 20 สมมติฐานที่แตกต่างกัน. เมื่อเร็ว ๆ นี้ การทดลองจำนวนหนึ่งได้เริ่มทดสอบทฤษฎีเหล่านี้ ทำให้เราเข้าใกล้การค้นหาวิธีแก้ปัญหามากขึ้น

ในสปีชีส์ที่ไม่อาศัยเพศ ผู้หญิงจะขยายพันธุ์โดยไม่มีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของผู้ชาย และทำให้ลูกสาวมีลักษณะเหมือนตัวเธอเองอย่างมีประสิทธิภาพ ใครก็ตามที่ดอกกุหลาบของพวกเขาถูกทำลายโดยเหา (นามแฝง: แมลงเขียวหรือเพลี้ย) จะรู้ว่ากลยุทธ์นี้ประสบความสำเร็จเพียงใด

กุญแจสู่ปัญหาทางปัญญาคือความจริงที่ว่าผู้ชายมักไม่ลงทุนในลูกหลาน ในขณะที่แม่ที่มีเพศสัมพันธ์ต้องให้กำเนิดทั้งลูกชายและลูกสาว ผู้หญิงที่ไม่อาศัยเพศก็สามารถสร้างลูกสาวตามลำพังได้ หากผู้หญิงเป็นเพศที่ลงทุน (พวกมันทำไข่ ให้อาหารลูก ฯลฯ) สิ่งนี้จะทำให้ประชากรเพิ่มอย่างรวดเร็วได้ง่ายขึ้นมาก: ผู้หญิงที่ไม่อาศัยเพศคนหนึ่งสามารถกลายเป็นสองคน สองคนกลายเป็นสี่คน สี่คนสามารถกลายเป็นแปดคนได้ เป็นต้น สิ่งนี้ได้รับการยืนยัน โดย การทดลอง เปรียบเทียบแมลงปีกแข็งที่ไม่อาศัยเพศอย่างมีประสิทธิภาพกับแมลงปีกแข็งในห้องปฏิบัติการ

นอกจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (รวมถึงมนุษย์) และนกแล้ว ยังมีสัตว์ที่ไม่อาศัยเพศในกลุ่มอนุกรมวิธานเกือบทุกกลุ่ม รวมถึงปลา สัตว์เลื้อยคลาน พืชและแมลงบางชนิด แต่สิ่งเหล่านี้พบได้ไม่บ่อยนัก ดังนั้น แม้จะมีข้อดีของการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ แต่สิ่งนี้บอกเราว่าในระยะยาว เพศสัมพันธ์ชนะ


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


การกลายพันธุ์ที่ไม่ดีกับการปรับตัว

การวิจัยเชิงวิวัฒนาการเกี่ยวกับปัญหาส่วนใหญ่มีศูนย์กลางอยู่ที่สมมติฐานกว้างๆ สองประเภท พวกเขาทั้งคู่อยู่บนพื้นฐานของความจริงที่ว่าเพศสร้างความผันแปรโดยการผสมผสานองค์ประกอบทางพันธุกรรมของพ่อแม่ คุณกับฉันไม่เหมือนพ่อแม่ของเรา ในขณะที่ลูกสาวของเพลี้ยไร้เพศเป็นเหมือนกัน

ความผันแปรนี้แสดงออกในระดับพันธุกรรม: เพศสร้างสิ่งมีชีวิตบางชนิดภายในสายพันธุ์ที่มีการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายจำนวนมากและบางชนิดมีการกลายพันธุ์ที่ค่อนข้างน้อย ผู้สนับสนุนสิ่งที่เรียกว่า ทฤษฎีการกำหนดการกลายพันธุ์ โต้แย้งว่าหากสิ่งมีชีวิตที่มีการกลายพันธุ์จำนวนมากมีโอกาสรอดชีวิตต่ำอย่างไม่สมส่วน การกลายพันธุ์ที่ไม่ดีจำนวนมากมักจะตายไปพร้อมกับโฮสต์ของพวกมัน ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่ปลอดจากการกลายพันธุ์ดังกล่าว ในสปีชีส์ที่ไม่อาศัยเพศ เนื่องจากการขาดความหลากหลายนี้ จึงไม่มีบุคคลใดได้รับภาระหนักจากการกลายพันธุ์เป็นพิเศษ ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีใครตายจากการกลายพันธุ์ที่จะขจัดการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายจำนวนมากได้

ทฤษฏีนี้ถูกตั้งคำถามมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเป็นที่แน่ชัดว่ามีหลายสายพันธุ์ รวมทั้ง แมลง และ พืชไม่ได้สร้างการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายมากเท่าที่ทฤษฎีต้องการ

สมมติฐานของคู่แข่งที่แข็งแกร่งอีกข้อหนึ่งระบุว่าเพศช่วยให้เกิดเชื้อสาย ปรับให้เข้ากับสภาวะที่เปลี่ยนแปลง. การทดลองยืนยันว่าสมาชิกของสายเลือดทางเพศมักจะปรับตัวได้เร็วกว่าสมาชิกที่ไม่อาศัยเพศของสายพันธุ์เดียวกันเมื่อสภาพเปลี่ยนไป แท้จริงแล้ว การทดลองด้วง ที่กล่าวมาข้างต้นได้แสดงให้เห็นว่าหากประชากรทางเพศได้รับอนุญาตให้พัฒนาได้อย่างอิสระในระหว่างสภาวะที่เปลี่ยนแปลง ประชากรอาจเปลี่ยนประชากรที่ไม่อาศัยเพศโดยสิ้นเชิง

อาจมีสาเหตุหลายประการที่ทำให้เพศเอื้อต่อการปรับตัว ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพบุคคลสองคนในประชากรที่ไม่อาศัยเพศซึ่งมีการกลายพันธุ์ที่ดีแต่ต่างกัน เนื่องจากดีเอ็นเอของพวกมันไม่สามารถผสมกันได้ ผู้สืบเชื้อสายของพวกมันจึงลงเอยด้วยการแข่งขันกันเอง (ซึ่งเรียกว่าการรบกวนจากโคลน) คุณจะไม่มีวันได้รับประโยชน์จากการกลายพันธุ์ทั้งสองแบบในบุคคลเดียว อย่างไรก็ตามในประชากรทางเพศ การกลายพันธุ์ที่ดีทั้งสองสามารถหาทางเข้าสู่บุคคลเดียวได้ วิธีนี้ทำให้เราได้รับประโยชน์จากทั้งสองอย่าง ซึ่งทำให้การปรับตัวง่ายขึ้นมาก การศึกษาระดับโมเลกุล เผยแพร่เมื่อ 24 กุมภาพันธ์ ได้ยืนยันว่าการมีเพศสัมพันธ์สามารถบรรเทาการแทรกแซงของโคลนได้อย่างแท้จริง

ทฤษฎีราชินี: ปรสิต?

การเพิ่มความเร็วในการปรับตัวจึงดูเป็นคำอธิบายที่ดีทีเดียว แต่จะเกิดอะไรขึ้นหลังจากมีการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมและสภาวะต่างๆ มีเสถียรภาพ? เราไม่ควรคาดหวังให้คนไร้เพศเอาชนะเพศตรงข้ามอีกหรือ? ด้วยเหตุผลนี้ นักวิจัยจำนวนมากจึงสนใจแนวคิดที่ว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากเพศยังช่วยให้สปีชีส์สามารถปรับตัวในการแข่งขันอาวุธวิวัฒนาการที่ไม่มีวันสิ้นสุดกับปรสิตของพวกมันได้

เกมแมวกับเมาส์วิวัฒนาการแบบนี้เรียกว่า วิวัฒนาการราชินีแดง Redจากตัวละครในเรื่อง Alice in Wonderland ที่ยืนกรานว่าต้องวิ่งหนีไปอยู่ที่เดิม อันที่จริง ยีนที่เกี่ยวข้องกับภูมิคุ้มกันเป็นยีนที่พัฒนาเร็วที่สุดที่เรามี นอกจากนี้ยังมี หลักฐานล่าสุด สปีชีส์นั้นสามารถเพิ่มปริมาณการผสมทางพันธุกรรมที่พวกมันทำเมื่อรู้สึกว่าพวกมันติดเชื้อปรสิต ซึ่งหมายความว่าลูกหลานของพวกเขาจะยิ่งแตกต่างไปจากที่อื่นและพ่อแม่ของพวกเขา

เรายังทราบถึงข้อเสียของการขาดความหลากหลายในพืชที่ไม่อาศัยเพศ ตัวอย่างเช่น การโจมตีโดยปรสิตทำให้ ความอดอยากมันฝรั่งไอริช ในปี ค.ศ. 1845–49 ปัจจุบันกล้วยเป็น ภายใต้การคุกคาม จากการโจมตีของปรสิตจากเชื้อราจำนวนมาก เรื่องนี้เป็นเรื่องที่น่ากังวล เนื่องจากกว่า 95% ของการส่งออกกล้วยเป็นสายพันธุ์ที่ไม่อาศัยเพศ (คาเวนดิช)

สิ่งมีชีวิตมีเพศสัมพันธ์เพื่อให้แน่ใจว่าผู้สืบเชื้อสายของพวกมันจะไม่ถูกกำจัดโดยโรค - หรือเพื่อให้ปลอดจากการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตราย? สมมติฐานเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องแยกจากกัน นักวิจัยในสาขานี้สนใจโมเดลไฮบริดมากขึ้น

ขณะนี้เรากำลังก้าวไปสู่การศึกษาเกี่ยวกับ วิวัฒนาการทางเพศในระดับโมเลกุล – เพื่อให้เราสามารถแมปการกลายพันธุ์ที่แน่นอนที่สูญหายหรือได้รับระหว่างการปรับตัว การศึกษาชะตากรรมของการกลายพันธุ์อันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการร่วมกันของโฮสต์และปรสิตก็อยู่ใกล้แค่เอื้อม อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญยังคงอยู่: ความเข้าใจว่าทำไมสปีชีส์จำนวนมากขึ้นจึงไม่มีสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก (เช่นเดียวกับเพลี้ย) และมีทั้งระยะการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

เกี่ยวกับผู้เขียน

เฮิร์ส ลอเรนซ์Laurence D. Hurst ศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์วิวัฒนาการที่ศูนย์วิวัฒนาการ Milner University of Bath งานวิจัยของเขาเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการของยีน จีโนม และระบบพันธุกรรม เขาสนใจเป็นพิเศษในการทำความเข้าใจชะตากรรมของการกลายพันธุ์ที่ดูเหมือนไม่มีพิษภัย งานปัจจุบันมีจุดมุ่งหมายเพื่อแปลความเข้าใจเชิงวิวัฒนาการของวิวัฒนาการของยีนและจีโนมไปสู่การวินิจฉัยและการดูแลสุขภาพที่ดีขึ้น

บทความนี้เดิมปรากฏบนสนทนา

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน