Il motivo per cui gli organismi hanno iniziato a fare sesso, anziché semplicemente riprodursi in modo asessuato come la vita ha fatto per miliardi di anni - e lo è ancora, nel caso degli organismi monocellulari e di alcune piante e funghi - è un po 'un mistero. La riproduzione sessuale si è evoluta circa un miliardo di anni fa o più, nonostante l'energia aggiuntiva richiesta e l'apparente impedimento della necessità di trovare un compagno adatto. Le teorie prevalenti sostengono che il sesso è diventato la forma dominante di riproduzione a causa dei benefici di una maggiore diversità genetica, permettendo alla prole di adattarsi ai mutevoli ambienti e mantenendo le specie un passo avanti rispetto ai parassiti che si sono evoluti per affliggere i genitori.
Ma in un nuovo articolo su PLOS Biology, un team di scienziati guidato dall'Università di Montpellier in Francia e dalla Deakin University in Australia suggerisce un'altra ragione per cui la vita è iniziata e ha continuato a fare sesso: la minaccia di freeloader trasmissibili e cancerosi.
"Suggeriamo che la riproduzione sessuale evolva per prevenire l'invasione da parte di cellule cheat neoplastiche egoistiche trasmissibili, d'ora in poi denominate cellule cancerose trasmissibili", afferma Frederic Thomas, un biologo evoluzionista dell'Università di Montpellier e autore principale dello studio, in una e-mail. "Per quanto ne sappiamo, questo scenario selettivo per l'evoluzione iniziale del sesso attraverso l'albero della vita è nuovo".
Il cancro non era un problema per le prime forme di vita, i procarioti o gli organismi monocellulari che mancavano di un nucleo cellulare, come batteri e archei. Queste creature si riproducono in modo asessuato, facendo una copia del loro singolare cromosoma e essenzialmente clonando se stesse.
Ma le cose sono cambiate con l'evoluzione degli eucarioti oltre 2, 5 miliardi di anni fa. Questi organismi contengono nuclei centrali che racchiudono i loro genomi in una serie di cromosomi. Gruppi di eucarioti si unirono per formare i primi organismi pluricellulari, i predecessori di tutta la vita complessa sulla Terra, dalle piante agli insetti, dai rettili ai mammiferi. Quando questi organismi si riproducono, il materiale genetico viene fornito da due compagni, creando una progenie geneticamente unica.
"Il sesso sembra aver accompagnato, preceduto direttamente o effettivamente segnato la transizione alla vita eucariotica", afferma Maurine Neiman, professore associato di biologia all'Università dello Iowa che studia la riproduzione sessuale ma non è stato coinvolto nel nuovo studio. La grande domanda nella biologia evolutiva, dice, è perché.
Il sesso è davvero complicato e inefficiente. Molti organismi devono investire risorse biologiche in tratti che hanno il solo scopo di attrarre un compagno, come le piume di pavone. Anche l'atto di copulazione stesso comporta dei rischi. "Gli organismi sono spesso letteralmente bloccati insieme, e non è proprio una situazione eccezionale", afferma Neiman. È anche strana l'idea che una creatura abbastanza riuscita da raggiungere la maturità riproduttiva voglia confondere con la formula genetica. “Sei abbastanza sicuro se sei cresciuto e hai avuto successo. Perché dovresti andare a fare un bambino diverso da te? "
Mescolando la genetica, la riproduzione sessuale produce una maggiore diversità genetica in una popolazione, limitando la trasmissione delle cellule tumorali tra gli individui nella popolazione. (Thomas et al. / PLOS Biology 10.1371) Una delle principali teorie è conosciuta come l'ipotesi della Regina Rossa. L'idea suggerisce che con l'evoluzione della vita pluricellulare, anche i parassiti e i patogeni che la affliggevano. Usando il sesso per creare prole con caratteristiche genetiche uniche, alcune prole possono acquisire resistenze agli insetti che altrimenti minaccerebbero intere specie. La riproduzione sessuale serve come modo per stare un passo avanti nella corsa agli armamenti evolutiva. (Il nome dell'ipotesi deriva da una dichiarazione della Regina Rossa ad Alice in Through the Looking-Glass di Lewis Carroll: "Ora, qui, vedi, ci vuole tutta la corsa che puoi fare, per rimanere nello stesso posto." )
Il nuovo studio suggerisce che le cellule tumorali possono essere considerate un'altra forma di parassita. Man mano che le prime cellule si univano per formare singoli organismi eucariotici, questi organismi avrebbero dovuto proteggersi dalle cellule membri che si rifiutavano di subordinarsi al tutto: "cellule interne cheat" o cellule tumorali. I primi organismi multicellulari avrebbero anche dovuto sviluppare difese contro l'invasione di cellule maligne da altri organismi o tumori trasmissibili.
Tali primi sistemi immunitari avrebbero avuto un momento più facile di differenziazione tra cellule sane e neoplasie maligne, secondo lo studio, se la riproduzione sessuale generasse una progenie geneticamente distinta dagli organismi circostanti. Il targeting per cellule cancerose avrebbe potuto creare una pressione evolutiva per abbracciare il sesso, simile alla pressione di parassiti e altri agenti patogeni.
"Le cellule maligne - almeno secondo la nostra opinione - hanno la stessa importanza nella biologia evolutiva e nell'ecologia dei parassiti non autonomi e pertanto dovrebbero essere considerate importanti quanto i parassiti e il microbiota", afferma Thomas. "Il cancro non è solo una malattia, è una forza evolutiva".
Questa idea potrebbe essere un nuovo potente modo di pensare all'evoluzione, secondo Steve Johnson, un biologo che studia l'evoluzione del sesso e le interazioni ospite-parassita presso l'Università di New Orleans. "Più ci penso, credo davvero che questo potrebbe essere un nuovo approccio molto importante", dice in una e-mail. "Mi piace soprattutto il loro collegamento tra i modelli della Regina Rossa e l'idea che la riproduzione sessuale riduca un tipo unico di parassita, le cellule cancerose trasmissibili".
"Puoi pensare al cancro come a questo fenomeno egoistico che muore con l'individuo", aggiunge Neiman. “Ma se non lo facesse? Come cambierebbe il panorama evolutivo? "
Nel documento, Thomas e colleghi espongono alcuni dei cambiamenti al panorama evolutivo che si aspetterebbero di vedere se la loro ipotesi è corretta. I tumori trasmissibili, ad esempio, sarebbero probabilmente rari nelle specie a riproduzione sessuale, e in effetti è così. Esistono solo pochi esempi, come lesioni del diavolo della Tasmania e leucemia in alcune vongole.
Il team prevede inoltre che la maggior parte delle specie che si riproducono in modo asessuato sarebbero relativamente giovani o adattate in modo speciale per resistere al cancro. E, in effetti, hanno scoperto che circa la metà dei lignaggi asessuati conosciuti sono stimati avere meno di 500.000 anni. "Il restante 50% dei lignaggi è costituito da organismi evolutivamente scandalosi" noti per essere resistenti ai mutageni, afferma il nuovo documento. Tali organismi, dice Thomas, potrebbero valere la pena di studiare per saperne di più sulle loro protezioni antitumorali per uso medico.
Ma c'è una ragione per cui l'origine del sesso è considerata un problema difficile nella biologia evolutiva. Secondo la stima di Neiman, ci sono elementi della nuova teoria che non si sommano del tutto, almeno non ancora. La rarità dei tumori trasmissibili tra le creature oggi, per esempio, potrebbe non supportare questa nuova teoria.
Un "universo in cui il cancro stava spiegando il sesso richiederebbe che quei tumori contagiosi fossero davvero abbastanza comuni", afferma Neiman. Si chiede anche una delle ipotesi centrali della teoria, secondo cui la distinzione genetica dei genitori e della prole sarebbe effettivamente un fattore per combattere con successo l'infezione cancerosa. "Non sono sicuro che sia stato testato bene, ed è un presupposto fondamentale."
Thomas ammette che l'ipotesi della sua squadra deve essere validata attraverso la sperimentazione, che a questo punto manca. "Proponiamo nel documento diverse direzioni per questo, la più elegante sarebbe quella di utilizzare la clonazione animale per valutare il rischio di trasmissione delle cellule tumorali associato alla riproduzione asessuata", afferma. Se la nuova teoria della riproduzione sessuale è corretta, la probabilità che una madre passi le cellule tumorali alla sua prole dovrebbe essere maggiore se l'embrione è un clone impiantato della madre, piuttosto che un embrione geneticamente distinto.
Il team sta inoltre lavorando con idra clonata, organismi marini che possono riprodursi sia sessualmente che asessualmente a seconda delle condizioni ambientali. Secondo Thomas Madsen, uno scienziato della vita presso la Deakin University e coautore del nuovo studio, l'obiettivo è quello di "provare a" infettare "idri clonali sani con cellule tumorali e indagarne la risposta evolutiva". Se la nuova teoria del sesso è corretta, le idre infette dovrebbero scegliere la riproduzione sessuale piuttosto che asessuata.
Ma l'origine del sesso è sempre stata disordinata e Neiman crede che rimarrà tale. "Penso che la complessità e il semplice disordine della biologia richiederanno spesso quelle che chiamiamo spiegazioni pluralistiche o multiple", afferma. "Non credo che ci sarà mai una soluzione generale, elegante, singola, semplice".
