Hipoteza Czerwonej Królowej

Proste pytania prowadzą czasem do niepokojących odpowiedzi. "Dlaczego człowiek umiera?". "Bo uprawia seks" - odpowiadają biolodzy końca XX wieku. Jak już wiadomo, śmierć nie jest koniecznym atrybutem życia. Nie towarzyszy od początku życiu na Ziemi. Pojawiła się dopiero około miliona lat temu, gdy jednokomórkowe stworzenia odkryły nowy sposób reprodukcji: rozmnażanie płciowe. Wcześniej była przypadkiem lub katastrofą. Eksperymenty z seksem u gatunków, które go wybrały, spowodowały, że śmierć stała się regułą.
Pierwotniaki mnożące się przez podział nie umierały. Żyły w następnych pokoleniach. Jednokomórkowce wybierające rozmnażanie płciowe musiały umrzeć. Ich ciało stało się tylko jednorazowym opakowaniem dla genów. Po przekazaniu genów potomstwu niepotrzebne opakowanie należy odrzucić. W ten sposób w historii życia pojawił się pierwszy zaprogramowany trup. Skoro jednak ceną za posiadanie płci jest utrata nadziei na życie wieczne, po co nam ten wynalazek? "Na to pytanie odpowiedzi też istnieją - zapewniają biolodzy. - Jest ich jednak tak wiele, że ciągle nie możemy uzgodnić właściwej".
"Reprodukcja płciowa była zawsze zagadką dla badaczy - przypomina prof. William Clark z Uniwersytetu Kalifornijskiego w pracy "Sex and the Origins of Death". - Zwłaszcza że seks jest z wielu punktów widzenia marnotrawnym sposobem rozmnażania. W reprodukcji bezpłciowej jedna komórka dzieli się i daje początek dwóm następnym. Nie ma odrzuconego martwego ciała, jeden zestaw genów zostaje podwojony w sposób prosty i skuteczny, przy niskich kosztach całej operacji. W wypadku reprodukcji seksualnej dwie komórki czy dwa organizmy muszą się najpierw odnaleźć, zdecydować, że są dla siebie odpowiednie, połączyć część genów i dopiero potem reprodukować. Wymaga to więcej czasu i energii, a w dodatku potomstwo jest mniej liczne".
Istnienie płci zdawało się nie mieć sensu, ale odkąd w toku ewolucji pojawiło się rozmnażanie płciowe, szybko stało się dominującą formą reprodukcji. Gdyby nie dawało żadnych korzyści, nie mogłoby się tak rozpowszechnić. Problemem jednak było wskazanie tych korzyści. Oczywistym następstwem rozmnażania płciowego jest mieszanie się genów. Człowiek ma ok. 150 tys. genów, 75 tys. od ojca i drugie tyle od matki. Do komórek rozrodczych trafia połowa zmieszanych genów po ojcu i po matce. Problemem stało się udowodnienie, że takie mieszanie jest korzystne.


Liczba mikrobów żyjących w organizmie każdego z nas przekracza liczbę wszystkich ludzi na świecie

Jakiś czas temu dominowało wśród biologów przekonanie, że gatunki płciowe - jak to tłumaczył m.in. amerykański badacz Herman Mueller z Uniwersytetu Stanowego w Indianie - przypominają grupy wynalazców dzielących się swymi innowacjami. W przenośni - jeśli jeden z nich stworzy silnik parowy, a drugi tory kolejowe, mogą z pożytkiem połączyć obie idee i skonstruować pociąg. W przeciwieństwie do nich gatunki bezpłciowe miały się zachowywać jak zazdrośni indywidualiści, swoją wiedzę trzymający dla siebie. W ich świecie z powodu braku współpracy lokomotywy jeździłyby po szosach, a konie ciągnęłyby wagony po szynach. Zróżnicowanie płciowe miało być użyteczne dla gatunku. Co jednak miałoby skłaniać jednostki do działania w imię przyszłości gatunku? Jaki mechanizm miałby przekładać abstrakcyjne idee przetrwania gatunku na zasadę przeżycia najlepiej przystosowanych, jak tego wymaga teoria ewolucji? Jakie więc korzyści daje płeć jednostce?
Od końca lat 70. wyjaśnienia zaczęły się mnożyć jak grzyby po deszczu. Jeden z biologów molekularnych, Harris Bernstein z Uniwersytetu Stanu Arizona, twierdził na przykład, że celem istnienia dwóch płci jest łatwiejsza naprawa genów. Druga płeć dostarcza kopię tego samego genu, pochodzącą od osobnika płci przeciwnej. W razie uszkodzenia jakiegoś genu enzymy naprawcze mają drugi, prawidłowy wzór do naśladowania. Teorię Bernsteina uznano za nie dowiedzioną. Być może istnienie płci ułatwia naprawę genów, ale nie wydaje się, aby naprawa genów była powodem istnienia płci. Wiele stworzeń bezpłciowych również wymienia się genami.
W następnych latach modne stały się teorie dotyczące mutacji genetycznych, czyli szkodliwych deformacji przekazywanych dziedzicznie. Rozmnażanie płciowe miałoby służyć ich usuwaniu. Jak jednak później wyliczono, przywrócenie porządku w zakłóconym układzie genetycznym w najlepszym razie wymagałoby tysiąca pokoleń. W tym czasie stworzenia rozmnażające się bezpłciowo dawno uzyskałyby przewagę.
Teoria, która okazała się najbardziej ekspansywna, nosi nazwę "hipotezy Czerwonej Królowej", a nieco tylko uproszczony wniosek, jaki z niej wynika w odniesieniu do rodzaju ludzkiego, brzmi: "Mężczyźni wcale nie są niepotrzebni. Stanowią dla kobiet polisę ubezpieczeniową - dzięki nim dzieci nie umierają na grypę i ospę". Matt Ridley, zoolog z Uniwersytetu Oksfordzkiego, a zarazem redaktor znakomitego działu naukowego w brytyjskim tygodniku "The Economist", rozwija to zaskakujące wyjaśnienie: "Plemniki męskie wnikają do komórek jajowych kobiet, bo gdyby tego nie robiły, wszystkie dzieci byłyby bezbronne wobec pierwszego pasożyta, który złamałby ich genetyczne zamki".

Płeć i wybór partnera, techniki uwodzenia i namiętność, tysiące problemów związanych z małżeństwem - wszystko po to, żeby nas nie zgubiły pasożyty? "Ludzie są takim samym wytworem ewolucji jak pleśnie" - sprowadza czytelników na ziemię Ridley, autor książki "Czerwona Królowa - płeć a ewolucja natury ludzkiej". Według "hipotezy Czerwonej Królowej", płeć i mieszanie genów są bronią w walce z wrogiem. Dla ludzi są nim przede wszystkim bakterie i wirusy pasożytujące na naszym ciele. "Większość zgonów na świecie powodują drapieżniki i pasożyty. Drzewo, które pada w lesie, jest zazwyczaj zaatakowane przez grzyby. Śledź kończy w paszczy większej ryby albo w sieci. Naszych przodków zabijała ospa, gruźlica, zapalenie płuc, dżuma, biegunki. Epidemia grypy uśmierciła ponad 20 mln osób w ciągu kilku miesięcy. W obiekcie, który nazywamy "własnym" ciałem, znajduje się więcej komórek bakteryjnych niż ludzkich - obrazowo tłumaczy Riddley. - Liczba mikrobów żyjących w organizmie każdego z nas przekracza liczbę wszystkich ludzi na świecie. Kolejnych pokoleń bakterii namnażających się w naszym przewodzie pokarmowym w czasie naszego życia jest sześć razy więcej niż ludzkich generacji od początku historii człowieka".
Autorem teorii, według której płeć odgrywa rolę oręża w walce z pasożytami, jest prof. Leigh Van Valen z Uniwersytetu Chicagowskiego. Ewolucjonista Van Valen zdał sobie w pewnej chwili sprawę, że walka jakiegoś gatunku o przeżycie nigdy nie ustaje. Żeby przetrwać, trzeba się ciągle bronić i bezustannie atakować. Uciekać jak gazela przed gepardem, żeby nie być pożartym i ścigać jak gepard gazelę, żeby nie paść z głodu, gdy obiad nie da się dogonić. Niszczyć bakterie, żeby nie być przez nie zniszczonym. Trzeba się wciąż ścigać z innymi, żeby pozostać wśród żywych. Tak jak to się dzieje po drugiej stronie lustra, dokąd trafiła Alicja. W tym dziwnym kraju Czerwona Królowa musi wciąż pędzić co sił, żeby pozostać w tym samym miejscu. "W moim kraju - mówi zdumiona Alicja - zwykle jest się w innym miejscu, jeśli biegło się tak szybko i tak długo". Królowa biegnie, ale nie posuwa się naprzód. Zmiany są, ale nie ma postępu. Wróg też robi, co może, żeby wygrać w wyścigu o życie.


Mieszanie genów dzięki reprodukcji seksualnej daje organizmowi gospodarza przewagę w obronie przed pasożytami

Nowe prawo ewolucji" - tak zatytułował swoją pracę Van Valen. Odrzuciły ją wszystkie liczące się czasopisma naukowe. Dziś jest jedną z najważniejszych teorii w nauce o ewolucji. Mieszanie genów dzięki reprodukcji seksualnej daje organizmowi gospodarza przewagę w obronie przed pasożytami. Klucz, jakim posługują się bakterie czy wirusy, żeby wtargnąć do ludzkiej komórki, przestaje pasować. Na krótko. Kolejne generacje pasożytów następują po sobie znacznie szybciej niż pokolenia zwierząt czy roślin. Udaje im się dopasować następny klucz. Atak trwa dalej. Zaatakowani uruchamiają kolejne linie obrony. W ciągu dziesięciu lat geny wirusa HIV zmieniły się w takim stopniu, w jakim geny ludzkie zmieniłyby się przez 10 mln lat.
Biolodzy musieli jeszcze rozstrzygnąć, czy przy takiej różnicy tempa wyścigu duży i wolniej ewoluujący organizm gospodarza może wygrać z pasożytami. Okazało się, że gatunki rozmnażające się płciowo mają coś w rodzaju biblioteki zamków chroniących wejścia do komórek - dzięki występowaniu większości genów w wielu różnych odmianach. Przykładem polimorfizmu genetycznego są na przykład różne geny koloru oczu. Europejczycy mogą mieć oczy niebieskie lub brązowe. Istnieją różne geny określające grupę krwi, odmienne antygeny zgodności tkankowej itd. Len ma 27 wersji pięciu różnych genów decydujących o odporności na grzyby, czyli 27 wersji pięciu zamków strzegących wejścia do komórek. Od genów zgodności komórkowej zależy podatność na choroby. W przeciętnej populacji myszy występuje ponad sto odmian każdego genu zgodności tkankowej. Samica myszy potrafi rozpoznawać te geny i wybierać samca, który jest właścicielem innego zestawu genów niż posiadany przez nią samą. Ich różnorodność zwiększy zdolność obronną przyszłego potomstwa. Każdy człowiek ma niepowtarzalną kombinację tych genów. Bez rozmnażania płciowego taka rozmaitość i takie zbiory różnorodnych genów byłyby niemożliwe.
Większość współczesnych biologów przyjęła "hipotezę Czerwonej Królowej". Pędzimy wszyscy, żeby nie przegrać wyścigu o życie. William Hamilton z Oksfordu stworzył niedawno komputerowy model choroby i płci. W miarę jak w symulacjach pojawiało się u pasożytów coraz więcej genów zjadliwych i coraz więcej genów odporności u gospodarzy, gatunki płciowe zaczynały zwyciężać nad bezpłciowymi. Komputery poparły "hipotezę Czerwonej Królowej". Być może nieostatecznie. Trzeba przecież biec wciąż do przodu, żeby utrzymać się w miejscu.

Do rozstrzygnięcia pozostało pytanie: dlaczego dwie płcie, a nie na przykład trzy? Grzyby miewają dziesiątki tysięcy płci, wszystkie mogą się krzyżować, choć żaden grzyb nie może się łączyć z osobnikami płci identycznej. System dwóch płci wielu biologom wydaje się najgorszy z możliwych - oznacza przecież, że z połową napotkanych osobników nie można mieć potomstwa. Gdybyśmy byli obojnakami, każdy człowiek byłby potencjalnym partnerem. W postaci muchomora mielibyśmy do wyboru 99 proc. przedstawicieli tego gatunku. Trójpłciowość pozwoliłaby na krzyżowanie genów z dwiema trzecimi populacji. A zatem dlaczego tylko płeć męska i żeńska? Na razie odpowiedzi jest tak wiele, że trudno je uzgodnić - jak zwykli mawiać biolodzy.