Hoe
seks ontstond
Seksuele
voortplanting kwam tot stand onder invloed van sterk veranderende
omgeving - 11-07-2001
Waarom
zijn organismen op een bepaald moment in de geschiedenis aan seks
begonnen? Niemand weet het precies, maar Claus Wilke en Chris Adami
beweren nu een antwoord te hebben na de evolutie van digitale organismen
te hebben onderzocht. Volgens hen kunnen aseksueel reproducerende
wezens in seksueel actieve organismen veranderen als de omgeving ervoor
zorgt dat er veel mutaties voorkomen. Een meteoorinslag bijvoorbeeld,
al zouden ook hoge doses straling kunnen volstaan.
Miljoenen
jaren lang was de fauna en flora van de aarde perfect tevreden met
een aseksuele manier van voortplanten. Geen voortplantingsorganen
om achterna te lopen en geen kinderen die wel erg sterk op de melkboer
lijken, want het nageslacht is een perfecte kopie van het ouderlijk
exemplaar. En nog steeds zijn er vele soorten die het op de oudste
manier doen, niet alleen planten maar ook sommige diersoorten als
sponzen en anemonen hebben geen nood aan een partner om zich voort
te planten. Er is zelfs een evolutionair voordeel aan verbonden: als
er een voordelige mutatie optreedt heeft die veel meer kans om aan
het nageslacht doorgegeven te worden dan bij seksuele reproductie.
Nadeel is dan wel dat het erg lang kan duren vooraleer een goedaardige
mutatie optreedt, wat maakt dat aseksuele soorten slechts traag evolueren.
Het grote voordeel - naast een heleboel andere, niet voor publicatie
geschikte - van seksuele reproductie is dat het zorgt voor een veel
grotere genetische diversiteit. Daardoor vergroten de overlevingskansen
van een soort. Terwijl een grote verandering in het milieu makkelijk
een populatie van genetisch identieke individuen kan uitroeien, zal
een genetisch diverse bevolking allicht enkele weerbarstige leden
tellen die wel tegen een veranderende omgeving bestand zijn. Bovendien
helpt die genetische diversiteit een soort zich snel te ontwikkelen.
Dat volstaat echter niet als verklaring voor het ontstaan van seks,
want het evolutionaire proces lijkt zelf niet al te enthousiast over
het gebeuren te zijn. Biologen pakken af en toe dan ook uit met de
boutade dat seks nooit had mogen ontstaan. Organismen hebben immers
de neiging om zo te ontwikkelen dat de gevolgen van mutaties beperkt
blijven. Voor seksueel actieve soorten kleeft aan deze weerstand een
nadeel omdat dit leidt naar mutatie accumulatie: omdat twee partners
genetisch materiaal aanleveren, kunnen ook twee keer meer mutaties
de weg naar het nageslacht vinden. Daardoor zouden de schadelijke
mutaties accumuleren en tot een gradueel verlies van genen leiden.
De hamvraag blijft dus: waarom hebben aseksuele organismen zich uiteindelijk
toch overgegeven aan de geneugtes van het vlees? Claus Wilke en Chris
Adami, medewerkers van het California Institute of Technology en NASA’s
Jet Propulsion Laboratory gebruikten digitale organismen en RNA-studies
om het raadsel op te lossen. De keuze voor digitale organismen – zelf-replicerende
computerprogramma’s die gemodelleerd zijn op echte bacteriën – werd
ingegeven door praktische overwegingen. Dankzij de computer kan in
sneltempo het gedrag van een groot aantal generaties worden gesimuleerd,
terwijl men erg lang zou moeten wachten tot eenzelfde aantal generaties
zich in een petrieschaaltje ontwikkelt. De virtuele bacteriën werden
vervolgens in een computeromgeving gebracht die mutaties bevordert,
een tweede element dat moeilijk in een laboratorium te reproduceren
valt.
Wat Wilke en Adami ontdekten was dat er een grens is aan het aantal
mutaties dat een aseksuele bacterie-gemeenschap aankan. Ze formuleerden
hun vinding als een reproductiewet: “een populatie die in staat is
de schadelijke effecten van enkele mutaties op te vangen, zal uitsterven
als plots veel genetische wijzigingen optreden”. En ook het omgekeerde
geldt: “een populatie die vele mutaties kan verdragen, is bijzonder
kwetsbaar voor de eerste paar wijzigingen”. Maar deze wet verklaart
het ontstaan van seks nog niet.
Deze wet werkt het belangrijkste nadeel van seksuele reproductie,
mutatie accumulatie, weg. Want als een organisme enkele genetische
veranderingen wel aankan maar sterft als er te veel mutaties optreden,
kunnen schadelijke mutaties niet ophopen. Elke bijkomende mutatie
tast het verzwakte organisme immers verder aan. Voordelige wijzigingen
in het genetisch materiaal doen dat uiteraard niet, en kunnen daarom
wel accumuleren.
Dat geeft seksuele organismen een evolutionair voordeel in omgevingen
die mutaties in de hand werken. Het is immers precies daar dat het
snelle ontwikkelingstempo en de genetische diversiteit die eigen zijn
aan seksuele voortplanting benut kunnen worden. Bovendien is het evolutionaire
nadeel van seks weggewerkt. Dat geeft seksuelen een evolutionair voordeel
op aseksuelen en zet de poort wagenwijd open voor het ontstaan van
seks. Niet dat deze omstandigheden automatisch naar horizontale bezigheden
leiden, maar zoals sinds Woodstock algemeen bekend is moet er maar
eentje mee beginnen en al gauw is iedereen aan de gang. En omdat er
toen, net zoals dat nu het geval is, organismen bestonden die genetisch
materiaal uitwisselen zonder dat daar per se kinderen van hoeven te
komen, zeggen de onderzoekers dat het niet erg veel verbeelding vraagt
een keten op te stellen die leidt van ongestructureerde naar gestructureerde
en reproductieve uitwisseling van genetisch materiaal.
Deze studie is natuurlijk erg speculatief, al wuiven de onderzoekers
dat aspect graag weg. Toch is het problematisch dat enkel digitale
organismen werden gebruikt, zegt de evolutionaire geneticus Clifford
Zeyl. Bovendien is er geen historisch bewijs dat aan deze theorie
gelinkt kan worden. De vorsers opperen dan wel dat een meteoorinslag
of straling de omgeving zou kunnen creëren waar seks een voordeel
biedt, maar er is niet meteen bewijs dat de stressors ook op levende
organismen inwerkten, of dat er een selecterend effect is voor seks.
Tenslotte is het ook onmogelijk na te gaan of het gedrag van de virtuele
organismen overeenstemt met echte bacteriën, ook al zegt Adami dat
er geen enkele reden is om te veronderstellen dat hun resultaten niet
overeenstemmen met wat er in de echte wereld zou gebeuren. Na de voltooiing
van hun studie, blijven Adami en Wilke achter met een interessante,
maar ontestbare hypothese en weet nog steeds niemand hoe seks nu precies
ontstond. Wat natuurlijk niemand er mag van weerhouden om er met volle
teugen van te genieten.
David
de Vaal
Aansluitende artikels:
Piepklein
fossiel herschrijft evolutie zoogdieren – 28-05-2001
Steak
werd Neanderthaler fataal, vis redde de moderne mens – 23-05-2001
Nieuw
bewijsmateriaal voor Out-of-Africa hypothese – 11-05-2001
Related links:
Seksuele
voortplanting
Caltech
Jet
Propulsion Laboratory
Evolutie
©
David de Vaal
