Proč vznikl sex

Nedávno byl v Jižní Americe objeven bizarní živočišný svět bez samců. Žijí v něm jen samice – mravenčí královny a dělnice. Objev znovu otevírá diskuse o tom, k čemu je sex vlastně dobrý a jak vůbec něco tak podivného mohlo vzniknout.

Britský zoolog Matt Ridley v knize Červená královna vypráví příběh Marťanky Zog. Ta se zrovna vrací na svou planetu poté, co studovala sexuální praktiky pozemšťanů, a těší se, že si dá doma argonovou koupel a sklenici studeného chloru.

Když ale s výsledky předstoupí před radu Zemstudií, ředitel Velký Zog ji zasype otázkami: „Proč se sexualita u pozemšťanů vůbec vyskytuje? Proč zkrátka nevytvářejí klony jako my?“ Zog netuší: „Ptala jsem se na to tamních vědců, měli na to pár názorů, ale každý byl jiný. Podle některých je sexualita historickou náhodou, podle jiných obranou proti chorobám, další tvrdili, že je nástrojem adaptací na změny a slouží rychlejší evoluci. Podle dalších se tou věcí opravují geny. Ale v podstatě nevěděli.“ Velký Zog vyprskne smíchy: „Nejpodivnější zvláštnost celé jejich existence, nejprovokativnější vědecká otázka, a oni nevěděli?“

Mravenčí farmáři

Velký Zog měl pravdu. Možná se člověk lákadly sexu zaobírá natolik, že mu uniká jedna podstatná otázka, která s pohlavním rozmnožováním souvisí: K čemu je sex z evolučního hlediska dobrý, proč se vlastně vyvinul? Copak v přírodě neexistuje nic jednoduššího, co by se obešlo bez plýtvání energií a vlastně i časem (třeba při hledání partnerů a ve vzájemných soubojích), bez rizika šíření pohlavních a jiných nakažlivých chorob?

Samozřejmě, že existuje. Už v roce 1889 německý zoolog August Weismann v Eseji o dědičnosti a příbuzných biologických problémech napsal: „Význam sexu nemůže spočívat v množení, neboť toho lze docílit celou řadou jiných způsobů – rozdělením organismů na dva nebo více, pučením, dokonce i produkcí jednobuněčných spor.“ Evoluční biologie se tedy původem sexuality zabývá přes sto let, každým rokem se rodí nové pokusy o vysvětlení, nové experimenty a modely, většina biologů možná řekne, že problém je vyřešen. Málokdo z nich se ale na odpovědi shodne se svým kolegou.

Paradoxy sexuality spočívají i v tom, že organismy, které neznají sex, se rozmnožují dvakrát rychleji než organismy sexuální, protože se nezdržují s plozením neproduktivních samců, kteří sami žádné potomky na svět nepřivádějí. Asexuální organismy by tedy brzy měly pohlavně se rozmnožující jedince přečíslit a nahradit (další potíže, na něž vědci při vysvětlování sexuality narážejí, uvádíme v rámečku Nevýhody sexu).

Příklad takového živočišného kousku světa, který se bez samců obejde, nabízí jistý druh mravenčích farmářů, který začátkem jara objevila studentka Texaské univerzity Anna G. Himmlerová a popsala ho v časopise Proceedings of Royal Society. Podivuhodný mravenec s latinským jménem Mycocepurus smithii žije v Kostarice, Portoriku a na ostrově Trinidad. Živí se houbovými vlákny, která si pěstuje v umělých zahrádkách, jež vytváří z rozmělněných kousků listů. Annu Himmlerovou nejprve udivilo, že si mravenec mykocepur vytváří více typů zahrádek než jiní jeho příbuzní, ale co ji opravdu šokovalo, byla naprostá absence samečků.

Zatímco mravenčí státy ostatních druhů tvoří nejen dělnice (ty se líhnou z oplozených královniných vajíček), ale i samci vznikající z vajíček neoplozených, u mykocepurů je tomu jinak. Všichni jedinci jsou královninými klony, což je mezi mravenci naprostý unikát. Královnám totiž degeneroval speciální orgán ve vagině, který používají k uchycení samčích genitálií. Nemohou se tedy pářit a ani by nebylo s kým. Příčiny zatím neznáme, nevíme, jaké výhody jim život bez samců přináší, ukázat by to měly další výzkumy.

Objev prazvláštních mravenců nicméně jen potvrzuje, že asexuální organismy tvoří na pomyslném stromě života vždy pouze krátké a izolované výhonky. K nepohlavnímu rozmnožování se uchylují jen v případě nesnází nebo nepříznivých podmínek, a pokud jim to jejich tělesné uzpůsobení dovoluje. Navíc vždycky jde jen o jednotlivé druhy nebo rody, ne však o celé skupiny – čeledi, třídy nebo kmeny.

Existuje jen jediná výjimka: pijavenky, drobní vířníci z řádu Bdelloidea. Ačkoliv vědci prozkoumali na 500 druhů těchto maličkých organismů, nikdo nikdy nespatřil jediného samce. Britský biolog John Maynard Smith o nich dokonce v článku Rozjímání o životě bez sexu v časopisu Nature prohlásil: „Miliony let bez pohlavního rozmnožování? To je největší skandál v dějinách pozemského života!“

Neposkvrněné početí u plžů

Americkému zoologovi

Curtisi Livelymu

sexuální paradox stále vrtal hlavou. Hypotézy, které by vznik a výhody pohlavního rozmnožování vysvětlovaly, se v 80. letech, kdy studoval na univerzitě, daly spočítat na prstech jedné ruky. Navíc většina příkladů pocházela z popisného přírodopisu, nikoli z pečlivých vědeckých experimentů.

Cesta k jednomu z možných řešení se Livelymu otevřela poté, co našel výborný modelový organismus, který se rozmnožuje pohlavně i nepohlavně: vodního plže druhu Potamopyrgus antipodarum, žijícího v jezerech a řekách Nového Zélandu. V některých populacích se samci a samice páří, v jiných však samci chybějí a panenské samice rodí mláďata. Curtis Lively se tedy mohl ptát: Co rozhoduje o tom, kdy je pro tohoto plže výhodnější se rozmnožovat pomocí sexu a kdy je radno se bez něj obejít?

Aby se sex mohl prosadit, musí se nějakým záhadným způsobem nesmírně vyplatit, a to jak jedinci, tak druhu. V době Livelyových studií byly obecně uznávány dvě teorie: „hypotéza loterie“ a „hypotéza neprostupného břehu“. Princip byl podobný: díky sexualitě vzniká mezi jedinci větší rozmanitost vlastností, forem a podob, a tak se organismy mohou snáze přizpůsobit změnám životních podmínek. V přírodě se klonálním oddenkům osik bude skvěle dařit v lese, ale co když se změní podmínky, les shoří a místo něj tu bude prérie? Všechny klony jsou stejné, a tak budou při změně podmínek všechny stejně ohroženy. Pokud se ale osiky zrodí pohlavní cestou ze semenáčků, bude každý stromek jinak geneticky vybavený, takže se zvýší šance, že se některý z nich novým podmínkám přizpůsobí, přežije a založí novou populaci.

Podobné hypotézy mají ovšem několik háčků, mimo jiné ten, že by se od sebe jedinci museli významně lišit – teprve pak by někteří mohli mít oproti jiným výraznou výhodu, která by jim umožnila přežít. „Neprostupný břeh“ ani „loterie“ tedy definitivní odpověď nenabízely.

S těmito úvahami se Curtis Lively šplhal k novozélandským jezerům, brodil se studenou vodou, máchal síťkou v ruce a sbíral plže. A nakonec se před ním vylouplo úplně jiné řešení. Chtěl-li určit pohlaví plžů, musel jejich schránky otevřít, aby zjistil, jestli mají za pravým tykadlem penis. Když je však rozloupl, byli plní čehosi, co mu připomínalo velké spermie. „Ukázal jsem je jednomu parazitologovi na univerzitě a on povídá: ,To nejsou spermie, ty idiote, ale červi,‘“ uvádí Curtis Lively, citovaný v knize Velký parazit od Carla Zimmera. Šlo o motolice, parazity, které plže vykastrují, aby část jeho energie určené k množení „přesměrovaly“ na růst a obranu. Tím prodlouží jeho život a zároveň zvýší počet potomků, které v plžím těle sami zplodí. Jejich konečným hostitelem je pak kachna. Tak se před Livelym otevřela možnost ověřit třetí, do té doby spíš opomíjenou teorii „Červené královny“, která říká, že sex vznikl a udržel se v přírodě zásluhou parazitů.

Polibek jako úskok nepřátel

Červená královna je onou panovnicí v zemi za zrcadlem, s níž se potkává Alenka v knize Lewise Carrolla. Její království je zvláštní tím, že v něm všechno živé musí neustále běžet, protože celý kraj se pohybuje, a čím rychleji se utíká, tím rychleji se pohybuje i svět kolem.

„Nu, jak vidíte,“

říká Červená královna Alence po jednom takovém společném běhu,

„zde potřebujete běžet, kolik dovedete, abyste zůstala na místě.“

Podle teorie Červené královny je takovým světem i ten pozemský, alespoň co se týče neustálého evolučního zápasu mezi parazitem (nebo jiným mikroskopickým útočníkem) a hostitelem. Jen co si nějaký organismus vypěstuje rezistenci například vůči určitému klonu chřipky, její virus už zase mutuje, aby zkusil svého hostitele napadnout v nové podobě. Nepohlavní druhy ale vytvářejí stále stejné klony, kopie sebe sama, a jejich obrana se tedy zdokonaluje jen pomalu.

Curtis Lively dokázal, že paraziti jsou ve srovnání s hostiteli obecně vystaveni mnohem silnějšímu selekčnímu tlaku, aby měnili své vlastnosti. Proměny jim umožňují do hostitele snáze pronikat. Navíc parazit má kratší generační cyklus než hostitel, takže jeho evoluce probíhá rychleji a má před hostitelem neustále náskok. Jedinou účinnou protistrategií hostitele je tedy produkce různorodého potomstva – potom alespoň někteří jedinci přežijí jednotlivé vlny epidemie. A přesně o tom vypovídaly objevy Curtise Livelyho týkající se novozélandských plžů. Také v pojetí „Červené královny“ by tedy sex sloužil jako klíč k větší variabilitě, byl by tentokrát ovšem zbraní namířenou proti konkrétním nepřátelům.

Celé to zní možná trochu paranoidně. Biologové ale říkají, že parazité ovlivňují naše životy a chování více, než si myslíme. Tak například příjemná potěcha z líbání nám prý mohla být geneticky naprogramována mikroorganismy, které se díky polibku dostanou k dalšímu hostiteli. Podobně jako nás třeba virus chřipky nutí ke kýchání a kašli… Ostatně i u zmíněných mravenčích farmářů druhu Mycocepurus smithii se uvažuje hlavně o tom, že zánik samců způsobil nejspíš nějaký parazit, který zformoval pravidla jejich zvláštního světa.

Ani teorie Červené královny však není vyčerpávající. Každý druh má totiž jinou schopnost efektivně evolučně odpovídat na strategie útočníků, a tak by stačilo, aby zaostal jen o krůček za jedním predátorem nebo parazitem, a hrozilo by mu vymření.

Sex a teorie všeho
Dnes by se člověk hypotéz a teorií vysvětlujících sexualitu nedopočítal. Například evoluční biolog Jaroslav Flegr z Univerzity Karlovy uvádí přes dvacet různých vysvětlení. Všechna vycházejí z předpokladu, že díky pohlavnímu rozmnožování se v přírodě vytváří větší rozmanitost, a tedy i větší možnost variant, reakcí, přizpůsobení…

Sexuální organismy na rozdíl od nepohlavních mají například dvě sady chromozomů, takže evoluce může na jednom z páru chromozomů testovat nějakou novou mutaci, aniž by to organismus poškodilo. Vždycky je tu totiž ještě jedna varianta zdravé původní genetické informace. Ukáže-li se, že je mutace škodlivá, nejspíš během dalšího vývoje zanikne. Pokud ovšem bude organismu poskytovat evoluční výhodu, získá tak její nositel před ostatními náskok. Nepohlavní organismus může ale jediná škodlivá mutace zabít. Sexualita tedy urychluje evoluci, jak už říkala Marťanka Zog.

„Definitivní odpověď na otázky, proč a jak vzniklo pohlavní rozmnožování, zatím neznáme. Máme však k dispozici řadu hypotéz nabízejících více či méně pravděpodobné odpovědi,“ píše Jaroslav Flegr v knize Evoluční biologie. Jednotlivé hypotézy se nevylučují, a lze tedy předpokládat, že se v průběhu evoluce mohlo uplatnit více mechanismů, které nabízejí.

Možná tedy nejde ani tak o to, že bychom neznali odpovědi. Problémem je slůvko „definitivní“. Je jasné, že vědec si nemůže dovolit žádné dohady a musí pracovat s exaktními a testovatelnými modely. Ale v každém dřímá touha po sjednoceném a jednoduchém vysvětlení, které by všechno srozumitelně a jasně shrnulo dohromady. I fyzika koneckonců pomýšlí na svou teorii všeho a i ona naráží na různé překážky a limity.

Rýsuje se v tom obecná pravda o současné vědě: Na jednu stranu roste míra lidského poznání, zároveň se ale obraz světa rozpadá do úzce vymezených oborů, z nichž každý má svůj jazyk a názvosloví srozumitelné už jen specialistům. A s tím roste i přirozená touha po jediné všeobjímající pravdě, která by všechno shrnula pod svůj příbytek. Jenže přírodě je to tak nějak jedno. Ta se jakékoli jednoznačnosti vzpírá a jedinou pravdou je jí neustálá proměna, pohyb a mnohoznačnost.

NEVÝHODY SEXU
Kromě nevýhod zmíněných v hlavním textu narážejí biologové, pokoušející se vysvětlit původ a příčiny pohlavního rozmnožování, i na další potíže: Pokud přijmeme evoluční teorii sobeckého genu (zapomeňte na organismy; geny, to je, oč tu běží!), pak potomek nepohlavně se rozmnožujícího rodiče získá celou jeho dědičnou informaci, a je tak jeho dokonalou kopií. U jedinců, kteří se rozmnožují pohlavně, dědí potomek od každého rodiče jen polovinu genetické informace. Za sex se tedy platí dvojnásob – nejen „cena samců“, ale i „cena genetická“.

A dále: pokud hustota jedinců poklesne pod určitou hranici, hrozí druhu riziko vyhynutí. U sexuálních organismů neplatí mýtus o oplozené samičce Vetřelce vysazené na opuštěnou Zemi, jejíž potomci postupně zaplní celou planetu. Vždycky tu existuje určitá prahová hustota, pod kterou sexuální populace nemůže už nadále existovat.