Kynæxlun í deiglunni, og Mollý ryðst inn

Af hverju stunda lífverur kynæxlun?

Á þriðjudaginn las ég glósur um kynjamun, kynfæri, sæði og egg, kynákvörðun og gen, eggbú og sæðisskóflur. Um var að ræða námsefni í Háskóla Íslands.

Stærsta viðfangsefnið var ráðgátan um kynæxlun.

Margt bendir til að kynæxlun sé verri kostur en kynlaus æxlun.

1) Lífverur sem stunda kynæxlun ná bara að senda helming erfðaefnis síns í hvert afkvæmi, verur sem stunda kynlausa æxlun senda afrit af öllu sínu erfðaefni í hvert afkvæmi.

Um ræðir helmings mun í hæfni. Þróunarfræðin sýnir að smávægilegur munur í hæfni sé hráefni fyrir náttúrulegt val. Hvers vegna í ósköpunum burðast flestir heilkjörnungar með kynæxlun, sem er helmingi lélegri en kynlaus æxlun? Sjá t.d. mynd Snæbjarnar Pálssonar úr bókinni Arfleifð Darwins.

Tvö önnur atriði mæla einnig gegn kynæxlun.

2) Það þarf bara einn einstakling fyrir kynlausa æxlun á meðan lífverur sem stunda kynæxlun þurfa að finna maka og allt það vesen.

3) Lífverur sem stunda kynæxlun eru berskjaldaðar fyrir kynsjúkdómum (og öðrum sýklum eins og t.d. stökklum).

Ein af ráðgátum líffræðinnar er, hvers vegna er kynæxlun svona algeng?

Margir hafa tekist á við þessa ráðgátu, en John Maynard Smith gerði henni sérstaklega góð skil í bók sinni um þróun kynæxlunar (The evolution of sex) sem kom út 1978. Enska orðið fyrir kynæxlun (sex) þýðir einnig kynlíf sem opnar á tvíræðni sem fólk elskar.

Svarið við ráðgátunni er kynæxlun hraðar þróun.

Kynæxlun stokkar upp samsetningar gena. Þannig að afkomendur verða örugglega ekki eins og foreldrarnir, heldur ólík tilbrigði við sama stef. Kynæxlunin endurraðar erfðaefni og getur gefið nýjar og góðar samsetningar gena. Þetta er sérstaklega heppilegt í síbreytilegu umhverfi.

Því er kynæxlun ríkjandi æxlunarform meðal fjölfrumunga. Kynlaus æxlun finnst meðal dýra og plantna, en tegundir sem nota eingöngu kynlausa æxlun, endast ekki lengi í þróun. Með öðrum orðum, ef þú stundar kynlausa æxlun, þá eru meiri líkur á að tegundin þín deyi út.

Þetta hljómar eins og áfellisdómur predikarans - sjálfsfrjóvgun er ekki guði þóknanleg!

Kynlaus æxlun leiðir til uppsöfnunar skaðlegra stökkbreytinga. Oft er talað um hömluhjól Mullers. Hömluhjól virka þannig að þau geta bara snúist í eina átt. Hver kynlaus stofn mun bara geta safnað upp fleiri skaðlegum stökkbreytingum, sem munu á endanum leiða til útdauða þeirra.*

Í dýraríkinu víkja nokkrir hópar lífvera sér undan reglunni. Áður fjölluðum við um Bdelloid hjóldýr, sem hafa viðhaldist í 40 milljón ár og þróast í margar ólíkar tegundir. Leyndarmál þeirra virðist vera hæfileiki þeirra til að taka upp gen úr umhverfi sínu, og gera að sínum (sjá ítarefni).

Meðal hryggdýra virðist kynlaus æxlun alls ekki virka, með einni undantekningu. Fiskar af tegundinni Amazon Molly fjölga sér kynlaust, með n.k. meyfæðingum. Tegundin virðist hafa orðið til fyrir um 100.000 árum, sem er umtalsverður þróunarlegur tími með hliðsjón af því að tegundin fjölgar sér 5 sinnum á ári.

Þroskun þeirra er reyndar all athyglisverð. Fiskarnir (þeir eru allir kvenkyns) búa til egg og hrygna þeim, en þau þurfa síðan að komast í tæri við sæði annara Mollýfiska til að virkjast. Almennt séð skaffa sæðisfrumur ekki bara erfðaefni, heldur þurfa þær einnig að virkja eggið til að þroskun hefjist.

En hvernig geta Amazon Mollý fiskarnir komist upp með kynlausa æxlun í 500.000 kynslóðir?

Nýleg rannsókn á erfðamengi tegundarinnar bendir til að sérstakur uppruni þeirra skipti mestu máli. Tegundin varð til sem blendingur tveggja annara tegunda. Hún er því n.k. varanlega arfblendin yfir allt erfðamengi sitt, sem gæti útskýrt hvers vegna hún getur hulið eða bælt áhrif skaðlegra stökkbreytinga.

En það er samt engin ástæða fyrir aðra fiska eða hryggdýr á landi sem kunna að lesa að fikta í svona löguðu. Eins og stendur í handsprengjubæklingnum, ekki prufa þetta heima.

Ítarefni:

* Uppsöfnun skaðlegra stökkbreytinga er líka vandamál í kynæxlandi lífverum, sérstaklega ef stofnar þeirra verða mjög litlir, sbr. loðfílana á Wrangel eyju.

Arnar Pálsson. „Er rétt að loðfílar hafi verið erfðafræðilega úrkynjaðir og var útdauði þeirra óhjákvæmilegur?“ Vísindavefurinn, 6. apríl 2017.

Mynd af Amazon Molly fiski https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=174219

Arnar Pálsson 2016 Klónar í Háskóla Íslands

Arnar Pálsson 18. desember 2008 40 milljón ár án kynæxlunar

PBS vefsíða um þróun og kynæxlun

Jonathan Ball 13. feb. 2018 BBC Amazon fish challenges mutation idea

Athugasemdir

[Ómar Ragnarsson, 23.2.2018 kl. 19:47]

Til eru dæmi í náttúrunni um þrjú kyn. Það finnst mér einkar áhugaverður möguleiki og hef skrifað um 80 blaðsíður í bók sem tekur þetta fyrirbrigði fyrir. 

[Arnar Pálsson, 27.2.2018 kl. 08:50]

Sæll Ómar

Forvitnilegt. Það eru til dæmi í náttúrunni um sjö kyn. Frumdýrið Tetrahymena býr til sjö kyngerðir, sem hver getur makast við hverja.

Galdurinn er að kynfrumurnar eru jafngildar, ekki ólíkar í stærð og lögun eins og hjá okkur og öðrum dýrum.

Sveppir hafa líka kyngerðir (e. mating type) sem eru í grunninn ólík kyn.

Cervantes, M., Hamilton, E., Xiong, J., Lawson, M., Yuan, D., Hadjithomas, M., Miao, W., & Orias, E. (2013). Selecting One of Several Mating Types through Gene Segment Joining and Deletion in Tetrahymena thermophila PLoS Biology, 11 (3) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001518