Левитис, ученый из отделения ботаники Университета Висконсин-Мэдисон, имел в виду одну главную подозреваемую: мейоз, который организмы используют для производства сперматозоидов и яйцеклеток для полового размножения. Он описывает мейоз как замысловатый танец клеточных линий, который смешивает хромосомы для перетасовки генов.
Эта перестройка помогает создать потомство, которое отличается от своих родителей, потомство, которое может быть лучше подготовлено для выживания в меняющемся мире.Но мейоз также является одним из самых сложных процессов, которым подвергаются клетки, и многое может пойти не так, поскольку хромосомы запутываются и распутываются. Левитис полагал, что такая сложность может привести к проблемам с получением здорового потомства.
В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society B, Левитис и его сотрудники сообщают, что мейоз серьезно сказывается на жизнеспособности потомства. И не только для людей. Существа, от гекконов до чеснока и кактусов до тараканов, платят цену за половое размножение.Работа обеспечивает более глубокий контекст фундаментальных биологических причин потери беременности и предполагает, что преимущества полового размножения должны преодолевать серьезные ограничения, налагаемые мейозом.
«Известно, что у людей основной причиной потери беременности являются хромосомные аномалии, возникающие в результате мейоза», — говорит Энн Прингл, профессор ботаники в UW-Madison и еще один автор исследования. «Но что было совсем неясно, так это то, является ли мейоз ведущей причиной неуязвимости не только у людей, но и везде, где бы он ни происходил».Чтобы ответить на этот вопрос, Левитис сравнил жизнеспособность потомства, полученного от трех разных видов воспроизводства. Половое размножение, когда два игрока вносят генетический вклад, всегда требует мейоза. С другой стороны, бесполое размножение — когда потомство является клонами своих родителей — обычно использует гораздо более простой митоз, сравнительно легкое клонирование клеток, не требующее генетической перетасовки.
Когда бесполое размножение действительно использует мейоз, это даже сложнее, чем секс.В этом трехстороннем сравнении Левитис обнаружил, что более сложное воспроизводство приводит к снижению выживаемости потомства. Например, бесполые ящерицы, использующие мейоз, имели более низкую жизнеспособность, чем половые ящерицы, которые также используют мейоз, потому что асексуальный мейоз был более сложным.
Однако организмы, которые использовали более простой митоз, такие как пальмы и стрекозы, давали более здоровое потомство.Эта закономерность верна для 42 из 44 видов. «Когда вы получаете результат, который одинаков для такого широкого круга организмов, это вызывает подозрение», — говорит Левитис.
Но даже после второго взгляда данные подтвердились. Что-то в мейозе, казалось бы, его сложность убивает потомство.«Если вы составляете список всех плюсов и минусов секса, то тот факт, что секс требует этого смертоносного процесса, явно является недостатком», — говорит Левитис.
Что касается эволюции пола, то открытия Левитиса предполагают, что преимущества прохождения мейоза должны быть достаточно значительными, чтобы уравновесить этот подсчет. Перестановка генов между двумя родителями во время секса может дать даже больше преимуществ, чем считалось ранее.
Другой вывод, говорит Левитис, заключается в том, что, хотя легко думать, что естественный отбор может решить любую проблему — и чего мы могли бы пожелать, например, для высоких показателей невынашивания беременности — иногда он сталкивается с фундаментальными ограничениями. Мейоз кажется одним из тех непреодолимых барьеров.
Тем не менее, компромисс, поистине уникальное потомство с новыми генетическими комбинациями, чтобы столкнуться с непростым миром, должно того стоить.