Hoe seksuele voortplanting is ontstaan, is een mysterie. Een nieuw evolutiemodel laat zien dat het mogelijk is begonnen met cellen die samensmolten om hun voedselreserves te vergroten.
We hebben allemaal geleerd over de bloemetjes en de bijtjes – maar hoe is seksuele voortplanting eigenlijk geëvolueerd? Een nieuw evolutiemodel suggereert dat het is begonnen als een manier voor twee cellen om hun hulpbronnen samen te voegen wanneer ze plotseling in barre omstandigheden verkeerden.
‘Het idee is dat je in moeilijke tijden met een andere cel fuseert’, zegt George Constable, bioloog aan de Universiteit van York in het Verenigd Koninkrijk. ‘Dan krijg je een grote cel, die meer kans heeft om te overleven.’
(Geen) gemier
Deze maand trok een grappig nieuwtje mijn aandacht. Twee Italiaanse wetenschappers hadden maandenlang op hun knieën op de grond gezeten, turend naar ...
Seksuele voortplanting
Simpele cellen zoals bacteriën wisselen op een aantal manieren stukjes DNA uit. Ze doen echter niet aan seksuele voortplanting zoals complexe cellen dat doen door twee cellen samen te smelten en hun gehele genomen met elkaar te vermengen.
Hoewel seksuele voortplanting een hoop nadelen heeft ten opzichte van ongeslachtelijke voortplanting – zoals het feit dat je een partner moet vinden – hebben soorten die hun genomen mengen op de lange termijn een groot voordeel. Sommige nakomelingen houden er namelijk gunstigere mutaties aan over dan beide ouders apart hebben, terwijl andere nakomelingen opgezadeld worden met schadelijkere mutaties en sterven voor ze deze kunnen doorgeven. Door dit evolutionaire voordeel zijn er maar weinig organismen die seksuele voortplanting afzweren.
De voordelen van seksuele voortplanting verklaren echter niet hoe het zo geëvolueerd is, zegt Constable. Een knelpunt is dat seksuele voortplanting enkel mogelijk is met celfusie, maar waarom zouden cellen fuseren voordat ze het vermogen ontwikkelden om hun genomen te mengen?
Celfusie
Om deze vraag te beantwoorden, keek Constable’s team naar complexe eencelligen, de eerste organismen die seksuele voortplanting ontwikkelden. Het is zelfs al duidelijk dat seksuele voortplanting evolueerde heel kort nadat de eerste complexe cellen verschenen, en mogelijk zelfs tegelijkertijd.
Voor deze cellen is seksuele voortplanting meestal optioneel. Het gebeurt pas wanneer de omgeving van cellen niet langer gunstig is, zegt Constable. Cellen komen dan vaak in een slapend stadium, zoals een spore.
Daarnaast fuseert bij de seksuele voorplanting van dieren een minuscule spermacel met een veel grotere eicel, terwijl het bij eencelligen om het samensmelten van twee cellen van gelijk formaat gaat. Dit betekent dat bij de fusie van de cellen een grotere cel ontstaat.
Dit zette evolutionair bioloog Thomas Cavalier-Smith ertoe aan om voor te stellen dat deze grotere cellen, ontstaan door de fusie, een grotere kans hebben om te overleven in moeilijke tijden vanwege hun grotere voedselreserves. ‘Het wiskundige model uit ons onderzoek ondersteunt dit’, zegt Constable.
Evolutiemodel
De onderzoekers uit het team van Constable verplaatsen in hun model kleine cellen die het goed hebben in een gunstige omgeving naar een barre omgeving, waar grotere cellen een overlevingsvoordeel hebben. De cellen in het model kunnen celfusie ontwikkelen, maar er wordt aangenomen dat de cellen hier in het begin niet heel goed in zijn. Moderne cellen hebben hoogontwikkelde machinerie voor celfusie, maar dit zou in het begin nog niet bestaan moeten hebben.
Volgens het onderzoek, dat nog door vakgenoten beoordeeld moet worden, krijgt celfusie de voorkeur – zelfs als 86 procent van de cellen die proberen te fuseren, sterven. ‘Zelfs tegen een hoge prijs kan celfusie nog evolueren’, zegt Constable.
Kosten en baten
‘Misschien heeft Constable gelijk’, zegt geneticus Andrew Pomiankowski van University College London in het Verenigd Koninkrijk. ‘Maar ik ben nogal sceptisch dat dit de fundamentele reden voor celfusie is.’
Als fusie zo’n groot voordeel is, vraagt Pomiankowski zich af, waarom doen simpele cellen dit dan niet? Daarentegen wijst Constable erop dat simpele cellen een dikke celwand hebben, dus dat voor hen de kosten van celfusie misschien niet tegen de voordelen opwegen. Er is ook aanleiding om te denken dat er grenzen zijn aan het formaat van simpele cellen, die alleen complexe cellen konden overwinnen.
We zullen misschien nooit een definitief antwoord krijgen op de vraag naar de oorsprong van seksuele voortplanting, omdat het erg moeilijk te bestuderen is. ‘Ik denk dat we het gewoon niet weten’, zegt Pomiankowski.
