Marcin Rotkiewicz: – Istnienie płci to podobno jedna z wielkich tajemnic biologii?
Marcin Ryszkiewicz: – Nad którą uczeni głowią się od ponad wieku.
Dlaczego?
Bo znacznie łatwiej wyjaśnić, jakie są jej wady niż zalety. Każdy biolog bez trudu wytłumaczy, dlaczego płci nie powinno być, ale tylko najwięksi próbowali – ze zmiennym szczęściem – zaproponować teorię jakiegoś sensownego mechanizmu jej powstania. Bo rozmnażanie płciowe naprawdę wydaje się czymś absurdalnym. Na przykład wcale nie służy do rozmnażania.
Tylko do czego?
Mieszania genów. Rozmnażanie, choćby z definicji, to powielanie czegoś, tworzenie z mniejszej ilości większej. I właśnie tak rozmnażają się bakterie – z jednej powstają dwie, z nich kolejne cztery itd. W każdym następnym pokoleniu dochodzi do zwielokrotnienia liczby osobników, a organizmy potomne dziedziczą – powielają – wszystkie cechy swoich rodziców.
Tymczasem w przypadku płci mamy do czynienia z czymś zupełnie odwrotnym – z dwóch komórek powstaje jedna, w dodatku z chimerowym zestawem dwóch różnych genomów. Zamiast więc przekazywać własne geny potomstwu, dopuszczamy geny obce, które mogą nasze zagłuszyć. Ryzykujemy przy tym bardzo dużo, bo poszukiwanie partnera jest zawsze groźne – tracimy czas, energię i uwagę, co nasi wrogowie mogą wykorzystać. Absurd. Za to klonowanie, z tego punktu widzenia, ma same zalety.
A jednak rozmnażanie płciowe rozpowszechniło się na całej Ziemi już bardzo dawno temu.
I to jest właśnie jedna z trzech największych tajemnic związanych z płcią – dlaczego powstała, dlaczego pojawił się podział na dwie różne płcie i dlaczego później takie płciowe rozmnażanie się utrwaliło u (prawie) wszystkich gatunków. Na żadne z tych pytań nie mamy dobrej odpowiedzi.
No to zacznijmy od problemu różnic płciowych.
Anglicy mają na to dwa zupełnie odrębne pojęcia: sex i gender, nam, niestety, tego drugiego bardzo brakuje. Dlaczego musimy wybierać partnera tylko spośród połowy osobników naszego gatunku, a nie wszystkich? Na to pytanie, całkiem niedawno, udzielili odpowiedzi Leda Cosmides i John Tooby z University of California, skądinąd rodzice (prywatnie są małżonkami) nowej dziedziny nauki: psychologii ewolucyjnej. Otóż, ich zdaniem, ten podział wynika z faktu, że nasze komórki są chimerami – powstały kiedyś z połączenia kilku innych. Np. mitochondria – organelle dostarczające komórkom energię – były swobodnie żyjącymi bakteriami. W pewnym momencie, ok. 2 mld lat temu, zostały wchłonięte, ale nie strawione, przez organizm, którego stały się następnie integralną częścią.
Jaki to miało związek z płcią?
Ta chimerowość pierwszych eukariontów (czyli organizmów, których komórki wyposażone są w jądra zawierające DNA) prawdopodobnie sprzyjała powstaniu płci – gender – gdyż mitochondria (a później także obecne w komórkach roślin chloroplasty) zachowały trochę ze swej dawnej niezależności: rozmnażają się przez podział, jak bakterie, i mają własne geny, a więc i własne interesy. Ich celem jest powielanie się, jak wszystkich organizmów, a nie służenie interesom swoich gospodarzy, czyli nam.
Gdyby mitochondria w naszych komórkach były różne – pochodziły od obu rodziców – te komórki stałyby się polem zażartej walki o byt między nimi. Dlatego w toku ewolucji geny obecne w jądrach komórek organizmu stanęły wobec konieczności niejako wymuszenia kooperacji na własnych mitochondriach i ograniczenia do minimum ich genetycznego zróżnicowania. Efektem jest właśnie podział na płcie – męska to ta, której mitochondria przegrały i nie dostają się nigdy wraz z plemnikami do jaja (lub – gdy im się to uda – zostają od razu zabijane), żeńska to ta, która zachowuje swoje. A i te mitochondria, które pozostają, a więc żeńskie, powinny być maksymalnie ujednolicone, najlepiej identyczne, żeby, broń Boże, ze sobą nie konkurowały.
Efekty są zdumiewające – np. podczas mejozy, czyli procesu powstawania gamet (jaj i plemników), w ostatnim podziale jaja u kobiety dochodzi do eksplozji mitochondriów i z kilkudziesięciu powstaje ich sto tysięcy! Ta nagła erupcja klonowania mitochondriów, po pierwsze, uśrednia je niejako genetycznie, a po drugie – sprawia, że żadne z nich nie może już „wiedzieć”, które w końcu trafi do przyszłego dziecka. Nie ma więc możliwości ani czasu na konspirację. A takich dziwactw związanych z płcią jest mnóstwo, gdziekolwiek spojrzeć!
Jak zatem coś tak absurdalnego mogło odnieść tak ogromny ewolucyjny sukces?
Problem ten interesował już Karola Darwina. Twórca teorii ewolucji zwrócił uwagę na pewne ciekawe zjawisko – tzw. wigor (wybujałość) mieszańców. Ponieważ sam zajmował się hodowlą wielu roślin i zwierząt, zaobserwował, że jeśli rodzice są stosunkowo odmienni genetycznie – należą do różnych ras hodowlanych – to ich potomstwo, czyli mieszańce, jest zdrowsze, dłużej żyje i ogólnie ma lepsze cechy. Natomiast jeśli rodzice są spokrewnieni, to może dojść do degeneracji i ujawnienia się różnych chorób dziedzicznych. W czasach Darwina widać to było szczególnie wyraźnie wśród rodów królewskich, których członkowie – jeśli krzyżowali się wsobnie – cierpieli na różne choroby, np. hemofilię.
Darwin sam zresztą się tego obawiał, ponieważ ożenił się ze swoją bardzo bliską kuzynką. Śmierć ukochanej córki Anny przypisywał właśnie obciążeniu dziedzicznemu.
Nawiasem mówiąc, ukazała się niedawno fascynująca praca naukowa, która takiej swoistej odmianie wigoru mieszańców przypisuje sukcesy ludzi w kolonizacji świata. Od niedawna wiemy, że wszyscy nie-Afrykanie są mieszańcami z neandertalczykami i właśnie ten pierwotny akt hybrydyzacji międzygatunkowej, sprzed ok. 60 tys. lat, miał wyposażyć nas w geny (neandertalskie) sprzyjające podbojowi lodowcowych obszarów ówczesnego świata.
Co wspólnego miał wigor hybryd z płcią?
Płeć dubluje wszystkie geny. Każdy z naszych genów jest podwójny (jedna kopia od matki, druga od ojca), ale w osobniku ujawnia się zwykle tylko jeden. Płeć pozwala więc maskować złe geny, ale też sprawia, że gdy otrzymamy obie złe kopie (co u bliskich krewnych jest bardziej prawdopodobne), możemy mieć kłopoty. Czasem rodzą się osobniki szczególnie obciążone genetycznie i wtedy dla nich to tragedia. Ale dla gatunku to błogosławieństwo, bo taki genetycznie obciążony osobnik zabiera ze sobą do grobu ładunek złych genów i gatunek poniekąd się oczyszcza. W tym mechanizmie samooczyszczania niektórzy zresztą upatrują przyczynę utrzymywania się rozmnażania płciowego.
Wśród gatunków aseksualnych błędy gromadzą się w poszczególnych liniach (klonach) – w efekcie cały gatunek jest zagrożony. W gatunkach seksualnych te kłopoty biorą na siebie konkretne osobniki poświęcane niejako dla innych. Wedle obrazowego porównania są to dwa różne sposoby selekcji, które można nazwać odpowiednio staro- i nowotestamentowym. W tym pierwszym przypadku na wszystkich spadają plagi, jak potop, niszczące wszystkie osobniki, poza nielicznymi wybrańcami. W tym drugim za genetyczne grzechy gatunku poświęcane są jednostki. I ten drugi sposób najwyraźniej lepiej się sprawdza.
Bo zapewnia odpowiednie zróżnicowanie i genetyczną jakość większości osobników?
To była pierwsza całościowa koncepcja pochodzenia płci, opracowana na przełomie XIX i XX w. przez niemieckiego uczonego Augusta Weismanna, który wprowadził ewolucję na pole genetyki (Darwin o genach nie miał pojęcia). Stwierdził on, że cechą rozmnażania płciowego jest produkowanie zmienności wśród potomstwa, żeby dobór naturalny miał nad czym pracować. Czyli „wybierać” spośród różnych osobników te, które obdarzone są cechami najbardziej korzystnymi z punktu widzenia dobra ich gatunku. Płeć zapewnia taką zmienność, zwłaszcza gdy rodzice są od siebie odlegli genetycznie i pozwala osobnikom skutecznie konkurować w walce o byt. Zmienność przydaje się szczególnie wtedy, kiedy warunki środowiska są nieprzewidywalne, bo w przeciwnym razie klonowanie byłoby najlepszym sposobem rozmnażania. W stałych warunkach niemal każda zmiana byłaby zmianą na gorsze.
Tylko że środowisko zewnętrzne – czyli np. klimat – chyba aż tak szybko się nie zmienia?
Zmiany środowiska rzeczywiście zachodzą na ogół dość powoli. Zatem gromadzenie się przypadkowych mutacji w klonujących się organizmach zwykle zupełnie wystarczy, żeby nadążyć za zmieniającymi się warunkami zewnętrznymi. Po drugie, płeć wydaje się zupełnie nieopłacalna z punktu widzenia konkretnych rodziców. Oni, wydając na świat potomstwo, ryzykują, że nie zostaną mu przekazane ich dobre cechy. Oczywiście dobór naturalny taki nieprzystosowany organizm odsieje z korzyścią dla gatunku, ale z punktu widzenia rodziców będzie to jednak śmierć potomstwa. Najprościej byłoby zachować swoje korzystne geny i nie przejmować się dobrem gatunku, które tak naprawdę jest tylko konstruktem teoretycznym biologów.
Na dodatek w latach 60. i 70. XX w. dwóch uczonych, Brytyjczyk William Hamilton i Amerykanin George Williams, udowodniło, że interes osobnika nigdy nie polega na tym, żeby pomóc swojemu gatunkowi, tylko własnym genom. Geny są samolubne, a osobniki są futerałami. Nawet jeśli w wymierającym gatunku zostaną tylko dwa samce, mogą stoczyć walkę na śmierć i życie o ostatnią samicę – i polec nie doczekawszy się potomstwa. Bo tak naprawdę walczą ich samolubne geny, a te mają wyłącznie swoje dobro na uwadze.
Mamy zatem paradoks…
Dlatego potrzebny był mechanizm, który korzyść ze zmienności genetycznej zapewniałby osobnikom, a nie gatunkom. Taki mechanizm zaproponował właśnie Hamilton. Przyczyną, dla której organizmy potrzebują zmienności genetycznej, są wszechobecne patogeny. Czyli czynniki chorobotwórcze, przede wszystkim pasożyty – m.in. wirusy, bakterie czy grzyby. To one wprowadzają nieustającą zmienność do najbardziej nawet stabilnego środowiska.
Dlaczego do skutecznego przeciwstawienia się im potrzebne jest mieszanie genów?
Chodzi o to, by patogeny, które są naszymi nieodłącznymi towarzyszami, nie mogły nas za dobrze poznać i wykorzystać naszych słabości. Np. wirusy, wnikając do komórki, przyczepiają się do jej powierzchni za pomocą białek, które pasują do białek komórki jak klucz do zamka. Warto więc postarać się, by wirusy nie miały przy sobie kompletu kluczy do naszych zamków. A żeby mieć dobry zamek, trzeba go ciągle zmieniać, by klucze patogenów do niego nie pasowały.
Dlatego pomysłowi Hamiltona nadano nazwę teorii czerwonej królowej, przywołując postać z książki Lewisa Carrolla „Po drugiej stronie lustra” (będącej kontynuacją „Alicji w krainie czarów”). Czerwona Królowa tłumaczy Alicji, że w tej krainie, aby utrzymać się w tym samym miejscu, trzeba nieustannie biec co sił. Podobnie w realnym świecie organizmy żywe muszą cały czas modyfikować swój system obronny przeciw patogenom, a one z kolei nieustannie próbują go przełamać. W efekcie wszystko się zmienia, żeby ta chwiejna równowaga mogła się utrzymać.
Czyli jesteśmy skazani na ciągły wyścig zbrojeń z pasożytami.
Tak. Zresztą koncepcja Hamiltona rodziła się w czasie zimnej wojny, więc porównanie z wyścigiem zbrojeń nie było przypadkowe. Warto również zwrócić uwagę, że hipoteza czerwonej królowej ustanawiała centralną rolę pasożytów, które zawsze miały jak najgorszą opinię w literaturze biologicznej. Widziano w nich wyłącznie organizmy stanowiące kres ewolucji i mające ograniczone zdolności do własnego życia, egzystujące jedynie kosztem innych. Są zdegenerowane anatomicznie, metabolicznie i genetycznie.
Teza Hamiltona wywracała ten pogląd do góry nogami. Pokazywała bowiem, że pasożyty są zwycięzcami procesów ewolucyjnych – na każdy organizm gospodarza przypada co najmniej kilkanaście gatunków patogenów z nim związanych. Są też motorem ewolucji. Ich obecność wywołała najważniejsze procesy ewolucyjne: powstanie płci, przyspieszenie ewolucji eukariontów z powstaniem człowieka włącznie.
Długo twardym orzechem do zgryzienia dla teorii czerwonej królowej były wrotki bdelloidowe, które przeszły na dzieworództwo. Jak udało się im uciec przed patogenami?
Te mikroskopijne zwierzęta żyją w niemal każdym zbiorniku wodnym, a gdy ten wyschnie, ustają ich procesy metaboliczne, prowadząc do przyjęcia formy przetrwalnikowej. W tym stanie jak kurz przenoszone są przez wiatr na ogromne odległości. I wznawiają swoje procesy życiowe, kiedy upadną z kroplą deszczu na ziemię w zupełnie nowym środowisku. A tam nie ma już pasożytów, z którymi stykały się poprzednio. Unikają więc hamiltonowskiej tyranii patogenów, bo umieją je skutecznie wyprowadzić w pole. Ponadto, jak wykazał zespół Eugene’a Gladyszewa z Uniwersytetu Harvarda, którego artykuł ukazał się w „Science” przed trzema laty, wrotki wypracowały dodatkowy mechanizm tworzenia różnorodności genetycznej – kiedy wysychają, pękają ich chromosomy, a w to miejsce wbudowuje się DNA grzybów, glonów czy innych organizmów. Wrotki poniekąd pożyczają sobie wartościowe geny od innych, podobnie jak bakterie. I te mechanizmy działają u nich tak dobrze, że od 80 mln lat bdelloidy rozmnażają się wyłącznie dzieworódczo – przez ten czas nie urodził się u nich ani jeden samiec!
Czyli wrotkom udało się urzeczywistnić wizję ze słynnej komedii „Seksmisja”?
Tak, tyle że ich pomysł nie bardzo da się zastosować do ludzi.
Zagadka została rozwiązana?
Nie. Hipoteza czerwonej królowej nie tłumaczy bowiem powstania płci przed 2 mld lat. Ale rzeczywiście dobrze wyjaśnia utrzymywanie się jej współcześnie.
A czy tłumaczy istnienie dwóch płci, a nie np. trzech lub więcej?
Istnieją organizmy, u których naliczono kilkadziesiąt, a nawet kilkaset tzw. płci oznaczanych przez biologów literami i cyframi. Ale mówienie tutaj o płciach jest tylko o tyle słuszne, o ile do posiadania potomka potrzebne jest złożenie organizmu z wielu różnych elementów. Produkt finalny jest w pewnym sensie amalgamatem. Dwie płcie są o wiele prostsze, bo gdyby istniały trzy lub trzydzieści, mielibyśmy zwielokrotniony problem z poszukiwaniem i wybieraniem partnerów.
Czy z tego wszystkiego nie wynika, że jeśli udałoby nam się na dobre pozbyć lub obronić przed patogenami, to płeć przestałaby być potrzebna?
Warto zauważyć, że to, co mówił Hamilton o środowisku przepełnionym patogenami i ciągłym wyścigu zbrojeń z nimi, jest odwrotnością otoczenia, w którym obecnie żyjemy. Dziś mamy raczej problemy ze sterylnością – nasz układ odpornościowy jest gotowy do ciągłej walki, a gdy nie ma z kim jej toczyć, kieruje się przeciw absurdalnym celom, np. pyłkom kwiatów (stąd powszechność uczuleń) lub nawet przeciw własnym komórkom (stąd plaga tzw. chorób autoimmunologicznych).
Powinniśmy więc myśleć o porzuceniu płci?
Wkraczamy w erę, gdy zrozumiawszy mechanizm prowadzący do powstania płci, możemy z niego zrezygnować i racjonalnie wybrać taki sposób wydawania na świat potomstwa, który zapewni rzeczywiste rozmnażanie, a nie produkcję przypadkowej – i zbędnej już – zmienności. Jeśli np. uznałbym, że mój genotyp jest wyjątkowo dobry, bo np. w świetnej formie i twórczo przeżyłem 100 lat, to po co go niszczyć?
Z powodu rozmnażania płciowego jesteśmy bowiem skazani na sytuację, jak ta ze słynnej anegdoty o Bernardzie Shaw, w której piękna aktorka mówi do słynnego dramaturga: Moglibyśmy mieć wspaniałe dziecko, które odziedziczyłoby pański intelekt i moją urodę. Na co Shaw odpowiada: No tak, ale co będzie, jeśli stanie się odwrotnie? Otóż to jest właśnie największy problem płci – zawsze może być odwrotnie. Bo w dziecku mogą ujawnić się niepożądane cechy, których nieświadomymi nosicielami są rodzice. Niszczenie dobrych genotypów, jak się nad tym głębiej zastanowić, staje się naprawdę anachroniczne. Choć oczywiście klonowanie rodzi mnóstwo problemów, również natury etycznej.
Nawiasem mówiąc, również droga, jaką noworodek przychodzi na świat, jest ewolucyjną zaszłością, która nie ma dziś żadnego racjonalnego uzasadnienia. Sztywny gorset kanału rodnego miednicy okazał się w toku naszej ewolucji pułapką, ograniczającą możliwość wzrostu mózgu, a więc pewnie i inteligencji człowieka. Absurdalność tego rozwiązania jest tym bardziej widoczna, że tuż obok znajduje się typowy dla ssaków obszar miękkiego brzucha, który wydaje się idealnym miejscem dla zlokalizowania takiego kanału. Stosując cesarskie cięcie w pewnym sensie korygujemy to anatomiczne brzemię z bardzo odległej przeszłości.
Ale nasza psychika jest nastawiona na istnienie płci, bo świat został skonstruowany pod jej dyktando.
Rzeczywiście, zawdzięczamy podziałowi na płcie całe bogactwo i różnorodność świata. Bez niej prawdopodobnie nie byłoby kolorów, śpiewu, sztuki, języka czy w ogóle kultury. Wszystkie niemal zmysły, przynajmniej w znaczącej części, odbierają różne bodźce dlatego, że istnieją partnerzy seksualni, których chcemy oczarować, zdobyć i mieć z nimi wspólne potomstwo. Ale można przecież zachować wszystkie wartości związane z płcią, a rzadziej używać jej do rozmnażania, do czego i tak kiepsko się nadaje. Zresztą od czasu wynalezienia antykoncepcji tak właśnie w coraz większym stopniu się dzieje. Wykorzystujemy naszą seksualność coraz intensywniej, ale dzieci z tego rodzi się coraz mniej.
rozmawiał Marcin Rotkiewicz
Marcin Ryszkiewicz – geolog i ewolucjonista, wybitny popularyzator nauki i tłumacz. Ukończył Wydział Geologii na Uniwersytecie Warszawskim, doktorat uzyskał na Uniwersytecie Piotra i Marii Curie w Paryżu. Jest autorem książek, m.in.: „4 miliardy lat. Eseje o ewolucji”, „Matka Ziemia w przyjaznym Kosmosie”, „Jak zostać człowiekiem – przepis ewolucyjny”.