Seksuele voortplanting - hoe en waarom is het ontstaan?

Het doel van het leven is om de genen van een individu aan de volgende generatie door te geven. Dit gebeurt op twee manieren: met en zonder seks. Veel soorten organismen, waaronder bacteriën, algen, maar ook enkele planten, insecten en reptielen kunnen zich prima vermenigvuldigen zonder seks. De meeste meercelligen, echter, vermenigvuldigen zich d.m.v. seks. Beide vormen van voortplanting hebben hun voordelen. Waarom prevaleert dan de seksuele voortplanting?

Inhoudsopgave

• Waarom seks?
• Het verschil tussen aseksuele en seksuele voortplanting
• Wat zijn de voordelen van aseksuele en seksuele voortplanting?
• Een belangrijk voordeel van seksuele voortplanting over aseksuele
• Dus, waarom seks?

Waarom seks?

Seks is iets raadselachtigs, want veel soorten organismen, waaronder enkele planten en reptielen zoals de tejuhagedissen (in het bijzonder de renhagedissen, Cnemidophorus spp en Aspidoscelis spp), maar ook de gewone wormslang of blindslang Ramphotyphlops braminus kunnen zich evenals sommige insecten prima zonder seks vermenigvuldigen.

Het is waarschijnlijk dat de combinatie van genen met individuen van dezelfde soort (d.w.z. seks) ontstond als een manier om beschadigd DNA te repareren. Maar er zijn ook andere voordelen van seksuele t.o.v. aseksuele voortplanting.

Het verschil tussen aseksuele en seksuele voortplanting

In het leven gaat het maar om één ding: de genen van een individu aan de volgende generatie doorgeven. Hoewel organismen hiervoor diverse strategieën hebben ontwikkeld, zijn er slechts twee methoden van voortplanting: aseksueel en seksueel.

Aseksuele voortplanting

• Het gehele organisme dupliceert zichzelf. Zijn nakomelingen zijn exacte kopieën.
• De eicellen ontwikkelen zich zonder dat ze bevrucht hoeven te worden, waardoor de nakomelingen een exacte kopie zijn van de moeder.

Seksuele voortplanting

Ieder individu produceert geslachtscellen, oftewel gameten, die ieder slechts een kopie van elk chromosoom dragen, i.p.v. twee kopieën zoals in een normale cel. Voor de voortplanting moeten de gameten van het mannetje fuseren met die van het vrouwtje. Door het vermengen van de genen zijn de nakomelingen niet langer identiek aan de moeder, maar hebben ze sommige genen van de moeder en andere van de vader.

Wat zijn de voordelen van aseksuele en seksuele voortplanting?

Aseksuele voortplanting is efficiënter, omdat aseksuele soorten geen tijd hoeven te verdoen met het vinden van een partner om zich te kunnen voortplanten, en omdat al hun genen worden doorgegeven aan de volgende generatie. Je zult daarom niet verbaasd zijn dat alle bacteriën, de meeste planten en zelfs diverse dieren, zoals sommige insecten en reptielen, zich tenminste onder bepaalde omstandigheden aseksueel voortplanten.

Seksuele voortplanting is minder efficiënt, aangezien het vinden van een partner tijdrovend is en energie kost. Bovendien gaan de eicellen die niet bevrucht worden verloren. Desalniettemin evolueerde seksuele voortplanting zich en is deze vorm van voortplanting nu wijdverbreid in de planten- en dierenwereld. Waarom zou dat zijn?

Een belangrijk voordeel van seksuele voortplanting over aseksuele

Seks om beschadigd DNA te repareren

Michod en zijn team van de Universiteit van Arizona in Tucson beargumenteerden in 1988 dat seks begon als een manier om beschadigd DNA te repareren. Iets dat op seks lijkt in bacteriën ondersteunt deze hypothese. De bacteriën wisselen soms delen van hun DNA uit via buisachtige structuren die zich tussen de cellen vormen. De onderzoekers vonden dat de seksgenen in deze bacteriën sterk gekoppeld waren aan het DNA-reparatiesysteem. Deze vondst maakte het zeer aannemelijk dat seks in bacteriën oorspronkelijk diende voor reparatie.

Hoe zit het met conventionele seks?

Conventionele seks, waarbij twee geslachtscellen fuseren, is iets heel anders dan bacteriële seks en enkele experts twijfelden of dezelfde uitleg als voor de seks bij bacteriën zou standhouden. Echter, seks kan daadwerkelijk helpen om beschadigd DNA te repareren.

Als een stukje DNA in één individu beschadigd is, maar hetzelfde stukje is intact in de partner, dan kan d.m.v. seks via recombinatie het beschadigde stukje worden verwijderd en vervangen door het correcte stukje van de partner. Met andere collega's heeft Michod in 2004 aangetoond dat seks en DNA-reparatie ook sterk gekoppeld zijn in de meercellige groene alge Volvox carteri. Meestentijds reproduceren deze algen zich aseksueel, maar als de temperatuur tot 42,5 ºC rijst, veroorzaakt hittestress beschadigingen aan het DNA en dit maakt dat de algen overgaan tot seksuele reproductie. De vrouwtjes maken eicellen aan en mannetjes sperma, welke in het water terechtkomen en daar combineren.

Hoe ontstaat deze ommekeer van aseksueel naar seksueel?

Onder invloed van de hittestress produceren de algen zeer reactieve vormen van zuurstof, onder meer waterstofperoxide. Van deze chemicaliën, die gezamenlijk reactive oxygen species (ROS) worden genoemd, is bekend dat zij DNA beschadigen. Als het niveau van ROS een grens overschrijdt, neemt de expressie van twee seksgenen toe en vervolgens gaat de alge over tot seksuele reproductie.

Toen het team antioxidanten toevoegde om de ROS te verwijderen, bleven de algen aseksueel. Dit bewees dat de overgang van aseksueel naar seksueel alleen gebeurde in respons op ROS.

Gebeurt hetzelfde ook bij andere organismen?
Het is niet vanzelfsprekend dat de bevindingen met de alge V. carteri ook gelden voor andere soorten. Het geval wil dat een vergelijkbaar verband tussen stress en seks gevonden is in de eencellige alge Chlamydomonas reinhardtii. Bij deze soort is het niet hittestress die de omslag veroorzaakt van aseksuele naar seksuele reproductie, maar een tekort aan stikstof. Het is daarom niet uitgesloten dat vergelijkbare mechanismen in alle organismen zullen worden gevonden die kunnen kiezen tussen seksuele en aseksuele reproductie.

Parasieten

In veelcellige organismen, zoals planten en dieren, is er een tweede reden waarom seksuele voortplanting voordeel heeft boven aseksuele voortplanting: parasieten de baas blijven. Seks zorgt voor genetische variatie en daardoor is de mogelijkheid groot dat ten minste enkele individuen resistent zullen zijn tegen een parasitaire ziekte.

Aseksuele populaties kunnen alleen resistentie tegen een ziekte krijgen als er een mutatie optreedt. Mutaties zijn echter zeer zeldzaam zodat er een grote kans is dat zo'n aseksuele populatie uitsterft als de ziekte bijzonder ernstig is.

Dus, waarom seks?

• Recombinatie van genen resulteert in DNA-reparatie
• Parasieten de baas blijven

Sommige organismen doen hun voordeel met zowel aseksuele en seksuele voortplanting

Bladluizen planten zich het grootste deel van het jaar aseksueel voort en krijgen alleen dochters, wat ervoor zorgt dat de kolonie snel groeit. Maar onder de invloed van de korte dagen van de herfst beginnen ze seksuele dochters en zonen te produceren, welke paren en de eieren legen die zullen overwinteren. In het volgende voorjaar komen alleen dochters uit de eieren, die zich weer aseksueel voortplanten. Bladluizen hebben dus voordeel bij beide vormen van reproductie.