تطور التكاثر الجنسي

يزداد النسل في التكاثر اللاجنسي بسرعة أكبر مع كل جيل. لنفترض امتلاك النسل بأكمله في بعض الأنواع النظرية 100 كائن إجمالي مكوّن من جنسين (أي الذكور والإناث) بنسبة 50:50 من الذكور إلى الإناث، وفقط الإناث هي من تحمل الذرية. إذا تكاثر جميع الأفراد القادرين من هذا النسل مرة واحدة، سيتولد ما مجموعه 50 فرداً جديداً (الجيل F1). لنقارن هذه النتيجة مع أنواع لا جنسية، حيث يكون كل فرد من النسل المقدر بـ 100 كائن قادراً على الإنجاب. إذا تكاثر جميع الأفراد القادرين من هذا النوع اللاجنسي مرة واحدة، سيتولد ما مجموعه 100 فرد جديد. يشار أحياناً إلى هذه الفكرة على أنها تكلفة ذات شقين للإنجاب الجنسي. ووصفها (جون ماينارد سميث) لأول مرة رياضياً.[3] جاء في مخطوطته نظرة عن تأثير طفرة غير جنسية ناشئة في مجتمع جنسي، مما يسمح بكبح الانقسام الاختزالي ويسمح للبيض بالتطور عن طريق الانقسام الفتيلي إلى ذرية مطابقة وراثياً للأم.[4] سيضاعف النسل المتحول–اللاجنسي تمثيله في الأفراد كل جيل بنسبٍ متساوية. أما من الناحية الفنية، لا تكمن المشكلة في التكاثر الجنسي وإنما في وجود مجموعة فرعية من الكائنات الحية غير قادرة على حمل الذرية.

في الواقع، تشارك بعض الكائنات متعددة الخلايا (أي في تكاثر متماثل الأمشاج) في عملية التكاثر الجنسي ولكن جميع أعضاء هذا النوع قادرون على حمل الذرية . تفترض العيوب التناسلية ذات الشقين أن الذكور لا يساهمون إلا بالجينات في ذريتهم، وتهدر الإناث نصف إمكاناتهن الإنجابية على الأبناء.[5] وبالتالي، وفقاً لهذه الصيغة، تتمثل التكاليف الرئيسية للجنس في ضرورة تكاثر الذكور والإناث بنجاح (ويشمل ذلك إنفاق الطاقة).

يتطلب التكاثر الجنسي انفصال الكروموسومات والأليلات وإعادة تجميعها في كل جيل، ولكن لا تنتقل كل الجينات إلى النسل.[4] يسبب انتشار الطفرات انتقالاً غير عادل على حساب أقرانها الطبيعية، ويشار إلى الطفرات بالـ “أنانية” لأنها تعزز انتشارها على حساب الأليلات البديلة أو الكائن الحي المضيف، وتشمل هذه الجينات السيتوبلازمية الأنانية وعوامل الانقسام المنصف النووية. تُعرف الأخيرة أنها جينات تشوه الانقسام المنصف لإنتاج الأمشاج الحاوية على نفسها. أما الجين السيتوبلازمي الأناني، فهو جين يقع في عضية أو بلازميدة أو طفيلي داخل الخلايا، ويقوم بتعديل التكاثر ليسبب زيادة في عدده على حساب الخلية أو الكائن الحي الذي يحتضنه.[4]

ينقل الكائن التناسلي الجنسي نحو 50% فقط من مادته الوراثية إلى كل ذرية. وذلك نتيجة لكون الأمشاج فردية الصيغة الصبغية عند الأنواع التي تتكاثر عن طريق الاتصال الجنسي. بالطبع، لا ينطبق ذلك على جميع الكائنات الجنسية. فهناك العديد من الأنواع الجنسية التي لا تملك مشكلة فقدان وراثي، لأنها لا تولّد ذكوراً أو إناثاً. فالخميرة، على سبيل المثال، هي عبارة عن كائنات جنسية متماثلة الأمشاج لها نوعان من التزاوج، يتم خلالهما دمج وإعادة توحيد الجينومات فردية الصيغة الصبغية. ويتكاثر كلا الجنسان خلال المرحلتين الفردية والمضاعفة لدورة حياتهما ولديهما فرصة في نقل جيناتهما إلى الذرية بنسبة 100%.[5]

تتجنب بعض الأنواع تكلفة نسبة الـ 50% المتعلقة بالتكاثر الجنسي، على الرغم من امتلاك هذه الأنواع "جنس" (بمعنى إعادة التركيب الجيني). ويحدث الجنس والتكاثر بشكل منفصل في هذه الأنواع (على سبيل المثال: البكتيريا والهدبيات والسوطيات الدوارة والدياتوم).[6][7]

هناك 3 أسباب محتملة تفسر حدوث اختلاف وراثي: أولاً، يمكن للتكاثر الجنسي أن يجمع بين آثار طفرتين مفيدتين في نفس الفرد (أي يساعد الجنس في انتشار الصفات النافعة). وليس بالضرورة أن تحدث الطفرات واحدة تلو الأخرى في خط واحدٍ من السلالة.[9]

ثانياً، تجمع الأفعال الجنسية طفرات ضارة حالياً لخلق أفراد غير مؤهلين يستبعدون لاحقاً من الذرية (أي يساعد الجنس في إزالة الجينات الضارة). مع ذلك، وعند الكائنات الحاوية على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، سيُقضى على الطفرات الضارة فورياً، وبالتالي فإن إزالة الطفرات الضارة هي فائدة غير ضرورية للتكاثر الجنسي.

أخيراً، يخلق الجنس مجموعات جينية جديدة ربما تكون أكثر ملاءمة من المجموعات الموجودة سابقاً، أو ربما تؤدي ببساطة إلى انخفاض المنافسة بين الأقارب. أما بالنسبة للميزات الناتجة عن إصلاح الحمض النووي، فهناك فائدة كبيرة وفورية لإزالة تلف الحمض النووي عن طريق إصلاحه تهجينياً أثناء الانقسام المنصف. حيث تتيح إزالته بقاء الذرية على قيد الحياة لامتلاكها حمضاً نووياً طبيعي. تساعد ميزة التتام لدى كل شريك جنسي في تجنب ظهور الآثار السيئة لجيناتهم المتنحية الضارة في الذرية حيث تقوم الجينات السائدة والطبيعية، والتي سيشارك بها الشريك الآخر، بعملية حجب للجينات الضارة.

تُقسم فئات الفرضيات تلك القائمة على خلق التباين والتمايز. وربما يكون أي عدد من هذه الفرضيات صحيحاً في أي نوع من الأنواع (أي لا يستبعد بعضها بعضاً)، وقد تُطبق فرضيات مختلفة على أنواع مختلفة أيضاً. ومع ذلك، لم يُعثر على إطار بحثي قائم على خلق التباين ويسمح للمرء بتحديد ما إذا كان سبب الجنس عالمياً لجميع الأنواع الجنسية أم لا. وإذا لم يكن كذلك، فما هي الآليات التي تعمل في كل نوع؟

من ناحية أخرى، فإن ممارسة الجنس على أساس إصلاح الحمض النووي وتكميله ينطبق على نطاق واسع على جميع الأنواع الجنسية.