Еволюцията на секса можеше да доведе до защита срещу ракови клетки Първите организми, които се размножават по полов път, са установили, че енергоемките предприятия укрепват защитата срещу злокачествени клетки

image: https://thumbs-prod.si-cdn.com/da3m4F0NL0pg6eSUcPFzSraPSXc=/800x600/filters:no_upscale()/https://public-media.si-cdn.com/filer/1e/82/1e82df12-b1df-4000-9d19-9429be5e39d7/gettyimages-169368873.jpg

Дигитално оцветено сканиращо електронно микрографично изображение на протозоя Giardia lamblia, уловена в късен етап на клетъчно делене, произвеждаща форма с форма на сърце. Повечето протозои, или единично-клетъчни еукариоти, се размножават безсмислено, но има доказателства, които предполагат, че Giardia lamblia може да се размножава и полово. (Media for Medical) От Джон Кели SMITHSONIAN.COM 
10 ЮНИ, 2019 Г., 14:15 Ч

Защо организмите започват да правят секс, а не просто да се възпроизвеждат безсмислено, както животът е правел в продължение на милиарди години - и все още го прави, в случая с едноклетъчни организми и някои растения и гъби - е малко загадка. Сексуалното размножаване е еволюирало преди около милиард години или повече, въпреки необходимата допълнителна енергия и привидното препятствие да се намери подходящ партньор. Преобладаващите теории твърдят, че сексът е доминираща форма на възпроизвеждане, благодарение на ползите от по-голямо генетично разнообразие, което позволява на потомството да се адаптира към променящата се среда и да запази видовете една стъпка пред паразитите, които се развиват, за да зарази родителите.

 

Но в нова книга в PLOS Biology екип от учени, ръководен от Университета на Монпелие във Франция и Университета Deakin в Австралия, предполагат още една причина, че животът е започнал и продължава да прави секс: заплахата от трансмисивни, ракови хамали.

"Предлагаме, че сексуалното размножаване се развива, за да се предотврати инвазията от трансмисивни егоистични неопластични измамни клетки, оттук нататък наричани трансмисивни ракови клетки", казва Фредерик Томас, еволюционен биолог от университета в Монпелие и водещ автор на изследването. „Доколкото ни е известно, този селективен сценарий за първоначалната еволюция на пола в дървото на живота е нов.“

Ракът не беше проблем за най-ранните форми на живот, прокариоти или едноклетъчни организми, които нямат клетъчно ядро, като бактерии и археи. Тези същества се размножават асексуално, като правят копие на своята единствена хромозома и по същество се клонират.

Но с еволюцията на еукариотите нещата се промениха преди повече от 2,5 милиарда години. Тези организми съдържат централни ядра, обхващащи техните геноми в набор от хромозоми. Групи от еукариоти се обединяват, за да образуват първите многоклетъчни организми - предшественици на целия сложен живот на Земята, от растения до насекоми и влечуги до бозайници. Когато тези организми се размножават, генетичният материал се допринася от двама партньори, създавайки генетично уникално потомство.

„Сексът, изглежда, е съпровождал, директно предшествал или всъщност бележи прехода към еукариотния живот”, казва Маурин Нейман, доцент по биология в Университета на Айова, който изучава половото размножаване, но не участва в новото изследване. Големият въпрос в еволюционната биология, казва тя, е защо.

Сексът е наистина сложен и неефективен. Много организми трябва да инвестират биологични ресурси в признаци, които служат единствено за привличане на партньор, като паунови пера. Дори самото съжителство носи риск. “Организмите често са буквално останали заедно и това не е много голяма ситуация”, казва Нейман. Идеята, че същество, което е достатъчно успешно, за да достигне репродуктивна зрялост, би искало да се забърка с генетичната формула, също е странно. - Ти си сигурен, че си пораснал и си бил успешен. Защо да отидете и да направите бебе различно от вас? "

image: https://thumbs-prod.si-cdn.com/mcaUHOveyIJAiMokKykGpmOt9yw=/fit-in/1072x0/https://public-media.si-cdn.com/filer/36/59/36591636-769c-41bd-80d2-6602324745b7/202074_1.jpg

Чрез смесване на генетиката, сексуалното размножаване води до по-голямо генетично разнообразие в популацията, ограничавайки предаването на раковите клетки сред индивидите в популацията. (Thomas et al. / PLOS Biology 10.1371)

Една водеща теория е известна като хипотезата на Червената кралица. Идеята предполага, че с развитието на многоклетъчния живот, паразитите и патогените, които я измъчваха, също се развиват. Чрез използване на секса за създаване на потомство с уникални генетични черти, някои от потомците могат да придобият съпротивление срещу бъговете, които иначе биха застрашили целия вид. Сексуалното възпроизвеждане служи като начин да останем една крачка напред в еволюционната надпревара във въоръжаването. (Името на хипотезата произтича от изявление на Червената кралица на Алиса от Люис Карол през Стъклата на огледалото : „Сега, ето, виждате, че е необходимо всичко, което можете да направите, за да се запазите на същото място“. )

Новото проучване предполага, че раковите клетки могат да се считат за друга форма на паразити. Тъй като ранните клетки се обединяват, за да образуват единични, еукариотни организми, тези организми биха били необходими, за да се предпазят от клетките, които отказват да се подчинят на цялото - „вътрешни клетки на измамници“ или ракови клетки. Ранните многоклетъчни организми също биха имали нужда да развият защити срещу нахлуващи злокачествени клетки от други организми или трансмисивни ракови заболявания.

Такива ранни имунни системи биха имали по-лесно време за диференциране между здрави клетки и злокачествени заболявания, твърди проучването, ако сексуалното размножаване създаде потомство, което е генетично различно от околните организми. Насочването на ракови клетки може да е създало еволюционен натиск за прегръщане на секса, подобно на натиска от паразити и други патогени.

„Злокачествените клетки - поне според нас - имат същото значение в еволюционната биология и екология като не-самостоятелни паразити и затова трябва да се считат за важни като паразити и микробиота“, казва Томас. - Ракът не е само болест, а еволюционна сила.

Тази идея може да бъде мощен нов начин на мислене за еволюцията, според Стив Джонсън, биолог, изучаващ еволюцията на сексуалните взаимодействия и взаимодействията на домакин-паразит в Университета на Ню Орлиънс. "Колкото повече мисля за това, аз наистина вярвам, че това може да бъде много важен нов подход", казва той в имейл. "Особено ми харесва свързването на модела на Червената кралица с идеята, че сексуалното размножаване намалява уникален вид паразит, трансмисивните ракови клетки."

"Ракът може да се възприема като това егоистично явление, което умира с индивида", добавя Нейман. - Но какво, ако не го направи? Как това ще промени еволюционния пейзаж?

В статията Томас и колегите излагат някои от промените в еволюционния пейзаж, които биха очаквали да видят дали хипотезата им е вярна. Преносимите видове рак, например, вероятно ще бъдат редки при видовете, които се размножават по полов път, и всъщност това е така. Съществуват само няколко примера, като например тасманийски дяволски увреждания на лицето и левкемия в някои миди.

Екипът също така прогнозира, че най-безплодно размножаващите се видове биха били или относително млади, или специално създадени, за да се противопоставят на рака. И наистина, те откриха, че около половината от известните безполови линии се оценяват на по-малко от 500 000 години. "Останалите 50 процента от родовете се състоят от еволюционно скандални организми, за които е известно, че са устойчиви на мутагени", се казва в новия документ. Такива организми, казва Томас, може да си струва да се научат повече за техните противоракови защити за медицинска употреба.

Но има причина, поради която произходът на секса се счита за труден проблем в еволюционната биология. Според оценката на Neiman, има елементи на новата теория, които не съвсем съвпадат - поне още не. Рядкостта на трансмисивните видове рак сред създанията днес, например, може да не подкрепи тази нова теория.

"Вселената, в която ракът обяснява секса, би изисквал тези заразителни видове рак да са доста често срещани", казва Нейман. Тя се чуди и за една от централните предположения на теорията, че генетичната отличителност на родителите и потомството всъщност ще бъде фактор за успешната борба с раковите инфекции. "Не съм сигурен, че е добре тестван и това е много ключово предположение."

Томас признава, че хипотезата на неговия екип трябва да бъде потвърдена чрез експериментиране, което на този етап липсва. "Ние предлагаме в статията няколко посоки за това, най-елегантното би било да се използва клониране на животни, за да се оцени рискът от предаване на раковите клетки, свързан с асексуалното размножаване", казва той. Ако новата теория за половото размножаване е вярна, вероятността майка да премине раковите клетки към нейното поколение трябва да бъде по-висока, ако ембрионът е имплантиран клонинг на майката, а не генетично различен ембрион.

Екипът работи и с клонирани хидри, морски организми, които могат да се възпроизвеждат както сексуално, така и безсмислено в зависимост от условията на околната среда. Според Томас Мадсен, житейски учен в университета Deakin и съавтор на новото изследване, целта е „да се опитаме да„ заразим ”здрави клонални хидри с ракови клетки и да изследваме техния еволюционен отговор. инфектираните хидри трябва да избират сексуалното размножаване над асексуалното.

Но произходът на секса винаги е бил объркан и Нейман вярва, че ще остане така. „Мисля, че сложността и просто объркването на биологията често ще изискват това, което наричаме плуралистични или многобройни обяснения”, казва тя. "Не мисля, че ще има общо, елегантно, едно, просто решение".

Read more: https://www.smithsonianmag.com/science-nature/evolution-sex-could-have-provided-defense-against-cancer-cells-180972389/#DB6GitPwIHWhUsIO.99
Give the gift of Smithsonian magazine for only $12! http://bit.ly/1cGUiGv
Follow us: @SmithsonianMag on Twitter