Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Nawigacja Nawigacja

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Dlaczego nie grozi nam Seksmisja?

Dlaczego nie grozi nam Seksmisja?

Naukowcy, wśród których jest badacz z Instytutu Zoologii UJ, ujawniają w najnowszym „Nature" korzystne efekty doboru płciowego. To klucz do odpowiedzi na pytanie po co istnieją samce.

„Podstawowy mechanizm ewolucyjny znany jako dobór płciowy i idące za nim rozmnażanie płciowe są tak powszechne, gdyż gwarantują nie tylko właściwą liczebność potomstwa, ale także jego odpowiednią jakość" – komentuje w rozmowie z NAUKA.uj.edu.pl dr Łukasz Michalczyk z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wspólnie z naukowcami z Uniwersytetu Wschodniej Anglii, prowadzi on eksperymentalne badania, które zbliżają nas do rozwiązania jednych z najbardziej fundamentalnych zagadek dotyczących życia na Ziemi.

Zagadka istnienia płci

Od dekad biolodzy zastanawiają się jak dobór naturalny, nieubłaganie eliminujący wszelkie przejawy najmniejszego choćby marnotrawstwa, może pozwalać na istnienie samców. Przecież u większości gatunków ich rola ogranicza się jedynie do produkcji plemników! A jednak olbrzymia większość organizmów wielokomórkowych na Ziemi rozmnaża się płciowo. Jest to zjawisko na tyle powszechne, że często zapomina się, iż płeć wcale nie jest konieczna do reprodukcji – pojawiła się przecież długo po tym jak powstało życie – przez miliony lat organizmy rozmnażały się na wielką skalę bez udziału płci. Dlatego tak trudno jest wyjaśnić, czemu jakikolwiek gatunek miałby tracić połowę wysiłku reprodukcyjnego na synów, skoro tylko córki są w stanie wytwarzać potomstwo. Od pewnego czasu naukowcy zaczęli podejrzewać, że kluczem do wyjaśnienia zagadki istnienia płci może być dobór płciowy. Do tej pory brak było jednak przekonujących dowodów na poparcie tej hipotezy. Artykuł, który ukazał się 18. maja 2015 roku w prestiżowym tygodniku „Nature", uzupełnia ten empiryczny brak i przybliża nas do zrozumienia zjawiska płci.

Dobór płciowy – wynik konkurencji osobników jednej płci (zazwyczaj samców) o dostęp do gamet płci przeciwnej (zazwyczaj samic) oraz rezultat wybiórczości jednej płci (zazwyczaj samic) względem płci przeciwnej (zazwyczaj samców).

Dobór płciowy był drugą, po doborze naturalnym, wielką ideą Karola Darwina. Dzięki odkryciu tego mechanizmu możliwe stało się wyjaśnienie istnienia całego szeregu uderzających zjawisk świata ożywionego, takich jak olśniewające kolory, odurzające zapachy czy wymyślne dźwięki, które pomagają samcom w trudnej i często okupionej śmiercią, walce o przekazanie swoich genów kolejnemu pokoleniu. Dobór płciowy działa w różnym stopniu u wszystkich gatunków, które rozmnażają się płciowo i w ostateczności decyduje o tym kto się rozmnoży, a kto nie pozostawi po sobie potomstwa. Dobór płciowy jest więc nie tylko szeroko rozpowszechnioną, ale także potężną siłą kształtującą świat organizmów żywych.

Filtrujący dobór płciowy

Dr Łukasz Michalczyk z Uniwersytetu Jagiellońskiego, jeden z wiodących autorów artykułu, wyjaśnia w rozmowie z NAUKA.uj.edu.pl: „Chcieliśmy zrozumieć jak darwinowski dobór naturalny może pozwolić na utrzymywanie się płciowego systemu reprodukcji, kiedy system alternatywny, w którym wszystkie osobniki są bezpłciowo rozmnażającymi się samicami, byłby znacznie bardziej efektywny, pozwalając na produkcję większej liczby potomstwa. Nasze badania pokazały, że konkurencja między samcami o dostęp do samic oraz fakt, że samice mogą decydować, z którym samcem chcą kopulować, mogą być źródłem bardzo ważnej korzyści, jaką jest genetyczna jakość potomstwa. Dobór płciowy działa jak filtr, który pomaga usuwać z populacji szkodliwe mutacje genetyczne, co oznacza że populacje rozmnażające się płciowo są mniej narażone na ryzyko wyginięcia. Ujmując to najprościej – liczy się nie tylko liczebność, ale także jakość potomstwa." Wydaje się to dość proste, ale żeby przetestować hipotezę, że dobór płciowy rzeczywiście podnosi genetyczną jakość populacji, zespół badawczy pod kierownictwem prof. Matthew Gage'a musiał przeprowadzić serię trwających 10 lat, ściśle kontrolowanych eksperymentów. Zostały one zrealizowane przy użyciu niewielkiego chrząszcza, trojszyka gryzącego (Tribolium castaneum), rozpowszechnionego szkodnika spichlerzy i młynów.

7 lat jak pięćdziesiąt pokoleń

Przez pierwsze siedem lat, co odpowiada około pięćdziesięciu pokoleniom w świecie trojszyków, zespół hodował niezależne populacje chrząszczy, które różniły się jedynie intensywnością doboru płciowego. Na jednym końcu skali znajdowały się populacje pod wpływem zintensyfikowanego doboru płciowego, gdzie co pokolenie aż 90 samców walczyło o dostęp do zaledwie 10 samic, a na drugim populacje całkowicie pozbawione doboru płciowego, w których rozmnażanie odbywało się poprzez monogamiczne krzyżówki – ani samice nie mogły wybrać partnerów ani samce nie musiały konkurować z rywalami o dostęp do samicy. Następnie, przez kolejne trzy lata (czyli 20 pokoleń), badacze wykorzystali technikę chowu wsobnego, aby sprawdzić czy populacje z różnymi historiami intensywności doboru płciowego różnią się pod względem jakości genetycznej.

„Chów wsobny to krzyżowanie osobników blisko ze sobą spokrewnionych" – wyjaśnia dr Michalczyk. – „Jednym ze znanych od tysiącleci efektów chowu wsobnego jest depresja wsobna, czyli obniżona przeżywalność i konkurencyjność potomstwa pochodzącego z wsobnych krzyżówek. Z negatywnymi skutkami depresji wsobnej borykały się nie tylko rody królewskie, gdzie związki blisko spokrewnionych członków rodziny były bardziej regułą niż wyjątkiem, ale także hodowcy starający się uzyskać jak najlepsze rasy zwierząt i roślin. My natomiast wykorzystaliśmy chów wsobny, aby ujawnić szkodliwe mutacje które kryją się w genomie". Dr Michalczyk tłumaczy dalej, iż z każdym kolejnym pokoleniem, wywodzącym się z krzyżowania siostry z bratem, następował wzrost homozygotyczności potomstwa, co skutkowało ujawnieniem się wszelkich szkodliwych mutacji. Innymi słowy, stan populacji po pokoleniach chowu wsobnego odzwierciedla jej jakość genetyczną.

Badacze odkryli, że populacje które wcześniej były poddane intensywnemu doborowi płciowemu były potem w stanie wytrzymać ekstremalny chów wsobny – niektóre z nich przetrwały aż dwadzieścia pokoleń krzyżówek brat × siostra. Natomiast populacje, które doświadczyły słabego doboru płciowego lub były go w ogóle pozbawione, charakteryzowały się szybkim spadkiem żywotności i żadna z nich nie przetrwała więcej niż dziesięć pokoleń chowu wsobnego.

Życie z samcami się opłaca

Dr Michalczyk wyjaśnia, że wyniki opisywanych badań jasno pokazują jak ważnym czynnikiem dla zdrowia i trwałości populacji jest dobór płciowy. Pomaga on oczyszczać genom ze szkodliwych mutacji i zarazem utrzymywać dobre geny w populacji. Dzieje się tak dlatego, ponieważ samiec musi być w dobrej kondycji, aby był w stanie wygrać z rywalami i był atrakcyjny dla samic. Z kolei osiągnięcie wysokiej kondycji jest możliwe w zasadzie tylko wtedy, gdy samiec wyposażony jest garnitur dobrych genów. Dzięki temu prostemu procesowi rozmnażanie płciowe, pomimo kosztów utrzymania nieprodukujących potomstwa samców, było w stanie rozpowszechnić się w świecie organizmów wielokomórkowych. „Mimo więc faktu, że życie bez samców jest jak najbardziej możliwe, z samcami jest ono nie tylko bardziej kolorowe, ale także bardziej odporne na zawirowania środowiska i ryzyko wymarcia. Raczej nie grozi więc nam Seksmisja, bo przy braku płci i związanego z nią doboru płciowego z czasem szkodliwe mutacje kumulują się w populacjach, co może prowadzić do ich wymierania. Nasze badania nie tylko pomagają w odpowiedzeniu na jedną z największych zagadek ewolucji, ale być może będą także przydatne w opracowywaniu programów ochrony zagrożonych gatunków. Kiedy populacje zmniejszają się do małych rozmiarów, ryzyko wymarcia gatunku jest bardzo duże. Dobór odpowiednich metod zwiększenia żywotności kurczących się populacji jest kluczowy dla zachowania zasobów bioróżnorodności naszej planety, mocno doświadczonej działalnością ludzi" – podkreśla badacz z UJ.

Artykuł Sexual selection protects against extinction został opublikowany 18 maja w tygodniku „Nature".

--------------------------------------------------------

Dr Łukasz Michalczyk jest adiunktem w Zakładzie Entomologii Instytutu Zoologii UJ. Równolegle prowadzi badania z zakresu biologii ewolucyjnej i taksonomii integratywnej niesporczaków (Tardigrada). Opublikował niemal 70 artykułów indeksowanych w JCR, w tym w czasopismach takich jak „Science", „Evolution" czy „Proceedings of the Royal Society of London".

Absolwent Instytutu Nauk o Środowisku UJ (2004), w latach 2004-2012 był doktorantem, a następnie odbył staż podoktorski w zespole prof. Matthew Gage'a na University of East Anglia (Zjednoczone Królestwo). Od 2012 roku pracuje w Zakładzie Entomologii Instytutu Zoologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. W trakcie swojej kariery odbył szereg wielomiesięcznych staży naukowych w renomowanych placówkach zagranicznych, takich jak University of St. Andrews (Zjednoczone Królestwo), København Universitet (Dania) oraz University of Western Australia (Australia). Jest kierownikiem grantów badawczych finansowanych przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, Narodowe Centrum Nauki i Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Od 2004 wydaje internetowy biuletyn Tardigrada Newsletter (www.tardigrada.net), przeznaczony dla badaczy niesporczaków. Jest stypendystą MNiSW oraz członkiem Rady Młodych Naukowców. Koordynuje Małopolską Noc Naukowców na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi UJ.

Zdjęcie trojszyka gryzącego. Autor: Martin Taylor
Zdjęcie Łukasza Michalczyka: Magda Wiśniewska - FNP

Polecamy również
Mateusz Hołda. Szkicowanie mapy serca
Płodność, hormony i zdrowie. Nie ma łatwych rozwiązań
Czy mumie z Peru przemówią?
Modraszki, bogatki, szmaragdziki i piłodziób