maanantai 2. marraskuuta 2009

Naida vai palaa - eli milloin seksistä on hyötyä?

Suvullinen lisääntyminen on mielenkiintoinen tieteellinen kysymys. Evoluution kannalta sille pitää löytyä selitys. 1 Sattumaa se ei voi olla kahdesta syystä: Se on eliökunnassa melko yleistä. Siitä on oltava enemmän hyötyä kuin haittaa. Kuitenkin seksuaalisesta lisääntymisessä on selvä ja tiedetty hinta, the twofold cost of sex: Jos lisäännytään neitseellisesti, leviää geenit sellaisenaan, jolloin jälkeläiseen siirtyy 100% geeneistä. Jos taas seksuaalisesti, monistuu vain 50% geeneistä. Hyödyn olisi syytä olla mainittava. Toki sen takana voi olla myös useita syitä.

on tietysti monta eri mallia, joista olen kirjoittanut aikaisemminkin. Nyt ajattelin kirjoitella hieman lisää aiheesta, ja kenties hieman sen vierestäkin. Sillä tässä mietin suvullisen ja suvuttoman lisääntymisen etuja, haittoja ja hieman niitä mutkistaviakin asioita. Aiheeseen minua innosti tutkimus jossa käsiteltiin sitä, miten naaraiden ja koiraiden tuottaminen kannattaa. Kysymys on siis sukupuolijakaumasta ja sen osuudesta evoluutiossa. Jostain syystä seksistä, jonka luulisi kiinnostavan kaikkia, kirjoitellaan yllättävän vähän biologisena ilmiönä. Sosiaalinen parisuhde ja seksuaalisuusaiheet sekä pornografia ovat suositumpia tapoja käsitellä.

Minä aion kuitenkin näin.

Asiaa voidaan lähestyä vaikka sitä kautta, että suvuttomasti lisääntyvä on erityisesti vahvoilla silloin, kun se on hyvin sopeutunut olosuhteisiin. Jälkeläiset ovat identtisiä, joten hyvästä tulee hyvää. Tässä tilanteessa suvullinen lisääntyminen tuottaa rekombinaatioita, ja jälkeläiset ovat useammin huonompia kuin vanhempansa kuin parempia kuin vanhempansa. Siksi yksi avainkysymys onkin siinä, miten rekombinaatio, joka on juuri suvulliseen ilmiöön liittyvä ominaisuus, antaa etua. Ainakin ratkaisevaa on se, ovatko elinympäristöt pysyviä vai muuttuvia.

Suvuttomasti lisääntyvää hyvin menestynyttä voidaan kutsua spesialistiksi. Ja tässä kohden se on sopeutunut juuri tiettyyn tilanteeseen. Hienovirittyneisyydestä tietynlaiseen tilanteeseen seuraa usein se, että muutos on haitallinen: Yksinkertainen kone ei ehkä toimi hyvin, mutta mutkikas kone voi mennä rikki siitä että siihen heitetään hiekkaa - tai jos siihen laitetaan vääränlaista bensiiniä. Suvullinen lisääntyminen tuo siis joustavuutta populaatioon. Lisäksi variaatio antaa mahdollisuuden sille että jälkeläiset elävätkin hieman erilaisissa olosuhteissa kuin vanhempansa: Ympäristö muuttuu ja toisaalta elinympäristötkin ovat rajattuja. Näin variaation avulla voidaan "levittää elinpiiriä". Karkeasti tätä on kuvattu lottovertauksella : Jos numerot ovat aina samat, kannattaa pelata aina samaa riviä. Jos taas numerot ovat täysin satunnaisia, kannattaa pelailla erilaisia rivejä. (Tätä lottopeliä pelataan elämästä ja kuolemasta: Jos tässä lotossa ei voita yksikään lappu, tulee sukupuutto ja vie mustalaisen räkälaukkuun.) Tälle on itse asiassa empiiristä tukea: Laajalle levinneiden lajien lisääntyminen on useammin suvullista ja suppealla alueella olevien suvutonta. Toki tästä on paljon poikkeuksia.

Toinen vaikutuspiirre on mutaatiopaineessa. Kaikkiin populaatioihin, myös suvuttomasti lisääntyviin, kertyy mutaatioita. Suvuttomassa lisääntymisessä muutokset periytyvät ja siirtyvät suoraan kaikille jälkeläisille. Siksi suotuisa muutos voi levitä nopeasti suvuttomasti lisääntyvässä populaatiossa. Haitallisten kohdalla suvullinen lisääntyminen sen sijaan antaa etua: Haitallinen ominaisuus siirtyy vain osaan jälkeläisistä, jolloin syntyy vertailutilanne niiden jälkeläisten joilla se on ja niiden joilla sitä ei ole välille. Jos haitalliset mutaatiot ovat yleisempiä kuin hyödylliset, niin seksuaalisesta lisääntymisestä on tässä suhteessa etua. Jos hyödylliset taas ovat erityisen yleisiä, suvullinen lisääntyminen on haitta.

Apua voidaan hakea myös loisista. Sillä luontoon on pukkautunut ties minkälaista kiusankappaletta. Tässä on kyseessä kilpavarustelu: Jos loiset pääsevät isännän systeemiin, se yleistyy ja se haittaa isäntälajia. Jos systeemi on muuttumaton, siihen on helppo iskeä, koska maali pysyy sitä kohti voidaan tarkentaa ja tarkentaa. Hyökkäys ei koskaan muutu huonommaksi. Siksi on järkevää hakea muutosta suojautumissysteemiin.

Suvuttomaan lisääntymiseen voi ajaa myös genominsisäinen konflikti. Tähän liittyy tunnettu mutta jännittävä ilmiö: Tunnetaan hyppiviä geenejä, jotka häiritsevät normaalia alleelien jakautumista siten että geenit eivät jakaudukaan tasan: Hyppivä geeni saa yliedustuksen ja se voi olla jopa joka ikisessä sukusolussa. Tästä seuraa meioottinen ajautuminen: Sen luulisi olevan harvinaista, mutta sitä esiintyy eliökunnassa melko paljon. Se on erityisen dramaattista silloin kun tällainen geeni liittyy sukupuolikromosomiin: Sen seurauksena syntyy esimerkiksi populaatioita joilla on pelkkiä naaraita. Tähän liittyy myös seksuaalinen antagonia: Koska X -kromosomi on kaksi kertaa naaraassa ja yhden kerran koiraassa, siihen voi syntyä sellaisia ominaisuuksia jotka haittaavat koiraassa mutta antavat naaraassa edun. Jos tällainen X -kromosomi päätyy johonkin koiraaseen, sen kaikki jälkeläiset ovat naaraita joilla on tämä X -kromosomi. Se saa vahvan valintaedun.

Meioottinen ajautuminen on mielenkiintoinen osoitus siitä miten itsekäs geeni rikkoo kahta ihmisten yleistä harhakuvaa evoluutiosta. Se ei aja lajin hyötyä, yksilöä, vaan geeniä. Tässähän vähennetään rekombinaation tuomia etuja. Vaikka laji on seksuaalisesti lisääntyvä, siinä on nyt eräällä tavalla suvuttomaan lisääntymiseen liittyvää ominaisuutta. Toisekseen se ei ajattele asioita pitkällä aikavälillä: Ne saavat lyhyen edun, mutta haittana voi olla jopa lajin sukupuutto. Jos laji lisääntyy vain seksuaalisesti, ja siinä on vaikka pelkästään naaraita, se ajautuu sukupuuttoon. Yleisesti ottaen nämä hyppivät geenit toimivat siten että niillä on (1) itse geeni ja (2) maali, jonka ne työntävät syrjään. Tästä seuraa se, että jos "maalista" onkin versio johon geeni ei toimi, se on "resistentti". Koska 50% seuraavan sukupolven yksilöistä on koiraita, tämä saa populaatioon nähden yllättävän hyvän edun ja sukupuutolta voidaan välttyä. Tällaiset hyppivät geenit antavat kuitenkin etua suvuttomalle lisääntymiselle, koska jos se on mahdollista, ei sukupuuttoa seuraa, vaikka "resistenttiä" ei olisikaan populaatiossa ollenkaan. Muunlaisia emme näe, koska ne ovat kuolleet pois.
1: Tähän verrattavia ovat myös sukupuoliloiset. Ne ovat loisia, eli eivät osa perimään. Nekin kuitenkin vaikuttavat kohde -eläimen sukupuolijakaumaan. Niiden ideana on yleensä se, että ne loisivat naaraissa, joten niille on hyödyllistä saada kohde -eläin tuottamaan vain tietyn sukupuolen edustajia. Sellaisia joissa se pääsee loisimaan. Tähänkin liittyy se, että nämä loiset leviävät onnistuessaan nopeasti. Ja tässäkin etua tulee niille, joihin loinen ei vaikuta. Sillä suvullinen lisääntyminen vaatii molempia sukupuolia, jos jonkun sukupuolen osuus vähenee, "muut saavat enemmän", isomman prosenttiosuuden seuraavasta sukupolvesta. Tätä kautta onkin selvää että sukupuolikromosomit ovat lajin sisällä samanaikaisesti keskenään identtisempiä kuin muut - nehän ovat yleistyneet tälläisten aaltojen kautta. Samalla tästä seuraa se, että ne ovat myös erilaisempia kuin muut saman lajin kromosomit. Tämä tulee hauskasti esiin, jos katsotaan miten eri lajit ovat sukua toisilleen ja miten niiden geenit ovat erottautuneet toisistaan.

Tietenkin myös bakteerit, vaikka lisääntyvät suvuttomasti kahdentumalla, ottavat paljon perimää myös ulkopuoleltaan. Horisontaalinen geeninsiirto on niiden piirissä tavallista. Tätä kautta populaatioon syntyy "koeteltua variaatiota". DNA:ta voidaa ottaa vaikka kuolleilta bakteereilta, tai jopa viruksilta joita bakteerit kohtaavat. Tätä kautta ihmiset joutuvat koko ajan täydentämään lääkkeitään. Niitä on myös paljon. Määrällä on itse asiassa paljon merkitystä. Ja tästä päästään Müller’s ratchettiin. Tätä voidaan kuvata vaikkapa xerohuumoriin: Siinähän tehtiin valokopio vitsistä ja tästä tehtiin valokopio. Valokopiointiin tapahtui virheitä, ja siksi kuvia piti välistä vahvistaa kynällä piirtämällä koska muuten kuva olisi lähestynyt hailakkaa sotkua, josta ei saa selvää. Müllerin ratchetin mukaan aseksuaaleihin kertyy pakosti mutaatioita. Hermann Mullerin mukaan mutaatiot kertyvät aseksuaalisissa populaatioissa tähän tapaan, ja vähitellen populaatiossa on yksilöitä joilla mutaatioita on muutamia. Lopulta, ennen pitkää kuolee viimeinen yksilö, jolla on tietty toimiva versio. Koska jonkun mutaation mahdollisuus on aina suurempi kuin juuri tietyn mutaation, tätä on vaikea palauttaa. Näin säppipyörä (engl. ratchet) "pyörii vain tiettyyn suuntaan". Geenien uudelleenjärjestäminen ja suuri populaation koko varmistaa sen, että populaatiossa on aina joitakin yksilöitä joilla mutaatioita on vähän tai ei ollenkaan.
1: Kondrashovin kirves on hieman samantapainen, mutta se perustuu toisenlaiseen ideaan. Sen mukaan suvullinen lisääntyminen karsii populaatiosta valtavan tehokkaasti haitallisia mutaatioita: Tässä keskiössä on "kynnysarvo". Ajatuksena on se, että pieni haitta ei välttämättä näy, mutta kun niitä on useita, ne ylittävät ennen pitkää jonkin kynnysarvon joka selkeästi vaikuttaa ja näkyy. Suvullienen lisääntyminen tuottaa etua kahta kautta: Se tuottaa rekombinaation avulla sellaisia yksilöitä jotka ovat "onnekkaita". Niillä huonoja ei ole yhtään tai juuri lainkaan. Näihin ei kohdistu valintapainetta. Sitten syntyy epäonnekkaita, joissa on useita haitallisia mutaatioita, ja näiden kohdalla "kirves heilauttaa ne ja niiden geenit unholaan". Tätä kautta vain hieman vaikuttavat mutaatiot, jotka muutoin voisivat peittyä satunnaiskohinaan, karsiutuvat. Kondrashovin kirves -näkemyksessä suuri populaatio ei auta : Ennen pitkää suvuttomassa populaatiossa on yhä enemmän niitä joilla on "yksi mutaatio liikaa". Mikäli mutaatioita on liikaa, ei ole mitään keinoa pelastua ilman seksiä. Tätä pidetään yleisenä syynä suvuttomasti lisääntyvien lajien sukupuutoille.

Ongelmana on tietysti pieni rataseläin, Bdelloidea. Se lisääntyy suvuttomasti, on aitotumallinen, ja se on sopeutunut monenlaisiin elinympäristöihin. Ne ovat ainut tällainen laji, jota ei selvästi odota sukupuutto. Ne ovat menestyneitä. Samoin soluissa olevissa mitokondrioissa on oma perimä, joka siirtyy "aseksuaaliseen tapaan", suoraan äidin kautta. Niissä on tietysti tapahtunut muutoksia. Mutta se, että olemme elossa osoittaa kuitenkin sen, että katastrofiin ei ole ajauduttu. On kuitenkin merkittävä ja jännittävä asia, että vain nisäkkäissä ei ole ainuttakaan lajia joka lisääntyisi ainakin osittain suvuttomasti. Koiraat ovat niille geneettinen välttämättömyys. Sen sijaan jopa liskoissa tunnetaan suvuttomasti lisääntyviä lajeja.

Loppuun voisi mainita myös työnjaosta. Tässä aiheena on vähän sama kuin mitä on r- ja K-strategioissa. r -strategiassa tuotetaan paljon jälkeläisiä ja niihin ei panosteta. Niitä kuolee paljon, mutta ideana onkin se että jokin jää henkiin. K -strategiassa jälkeläisiin sen sijaan panostetaan. Jos koiras auttaa naaraita jälkeläisten hoidossa, se on tietysti askel K -strategian suuntaan. Silloin koiraasta on hyötyä: Nyt molempien vanhempien on hyödyllistä tukea sitä. Suvuttomassa lisääntymisessä auttajia olisi tietysti vain yksi. Muilla ei olisi "isän/äidinosuutta" sen perimään. Jos jälkeläisten hoivaamisesta on apua jälkeläisten kelpoisuudelle, tälläiseen kannattaa tietysti panostaa.
1: Jos pidät Jumalasta, tuskin silti ajattelet että Hän on turhan vuoksi rakentanut sellaisen. Onhan syömisessäkin ilo ja hyöty yhdistyneet, luulisi että jotain samantapaista järkeä olisi tässäkin takana takana.

Ei kommentteja: