Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.
Det er to milliarder år siden noen hadde sex for første gang
Svært mange arter har seksuell reproduksjon. Hvorfor er det slik, og hva er egentlig poenget med kjønn i biologien?
Da liv oppstod, var de første formene for formering enkle. De første organismene laget kopier av seg selv og slik fortsatte det lenge.
Men når omgivelsene forandrer seg, er det en stor fordel å kunne tilpasse seg endringene i miljøet raskt. Da er det viktig at ikke alle individene av en art har de samme egenskapene.
Når alle er like, er det ingen som har noen fordel. Etter hvert dukket det opp en mekanisme som skulle føre til en eksplosjon av mangfold og nye arter.
Da sex ble utviklet
For om lag to milliarder år siden skjedde det noe som revolusjonerte livet på jorden. Noen, eller noe, hadde sex for første gang:
– Sex er egentlig bare en metode for å skape mangfold, forklarer professor i biologi ved Universitetet i Oslo, Glenn-Peter Sætre.
Han forteller at det ikke finnes fossiler eller andre minner fra denne tiden. Så det er ikke så mye vi vet om hvordan det skjedde.
På et tidspunkt fikk de enkle organismene evnen til å lage kjønnsceller. Det vil si at de kunne lage versjoner av seg selv som hadde noe genmateriale fra originalen, men med evne til å motta genmateriale fra en annen.
For at dette skal være mulig, må cellene ha fått en måte å dele genmaterialet sitt på. I biologien kalles det meiose.
Meiose er en form for celledeling hvor halvpartene av kromosomene blir med den ene cellen. Den andre halvparten den andre. På veien blir kromosomparene fordelt på en måte som gjør at de to nye cellene ikke blir like verken lik hverandre eller den opprinnelige cellen.
Når en celle bare har halvparten av genmaterialet, har den mulighet til å bli slått sammen med en annen celle som også bare har halvparten. Slik kan cellene ha unngått at det hoper seg opp med kromosomer når de smeltet sammen.
Hva er kjønn?
– Det første livet hadde nok ikke egne kjønn, sier Sætre.
Det betyr at det første livet som laget «barn» med litt andre gener enn foreldregenerasjonen, ikke hadde noen forskjeller seg imellom.
– Hva er kjønn?
– Når en art lager ulike kjønnsceller, to forskjellige, så er det to ulike kjønn, sier Sætre.
Ifølge Sætre har det oppstått ulike mekanismer for å ivareta mangfoldet hos arter som har seksuell reproduksjon, men som ikke har ulike kjønn. I stedet har de noe som kalles for «mating type» eller paringstyper. Det skal vi komme tilbake til.
Kjønn blir til
Fra at organismene hadde like kjønnsceller, utviklet de evnen til å lage to ulike typer. Sætre forteller at én type kjønnscelle ble en slags overlevelsescelle med hele maskineriet som skal til for å drive en levende celle. I tillegg hadde den gjerne ekstra energi lagret.
– Slike celler er det kostbart å lage, forklarer Sætre. Den som lager den typen kjønnsceller, kan ikke lage så mange.
Når det finnes celler som har alt unntatt genene fra forelder nummer to, er det unødvendig at forelder nummer to skal bruke ressurser på å utstyre sine kjønnsceller med fullt maskineri.
Derfor lager forelder nummer to kjønnsceller som kun inneholder det mest essensielle.
Til gjengjeld kan forelder nummer to lage større mengder kjønnsceller. Utvikling av to ulike typer kjønnsceller kalles for anisogami. Dette har ifølge Sætre hatt en viktig evolusjonær betydning:
– Det er den som lager mange, billige og ofte bevegelige eller mobile kjønnsceller som er mest utsatt for konkurranse, forklarer han.
Derfor virker evolusjon raskere, og det skjer flere endringer hos den som lager disse kjønnscellene.
De som lager mange og «billige» kjønnsceller, kalles for hanner. De som lager få, men mer energikrevende kjønnsceller, kalles hunner.
Hvorfor finnes det bare to kjønn i biologien?
Ifølge Sætre kunne det i teorien ha eksistert flere kjønn, men det er etter hans mening én viktig grunn til at det ikke gjør det.
– Formålet med kjønnet formering er å skape genetisk mangfold. Når det er ivaretatt med to kjønn er det ikke nødvendig med flere. Rent hypotetisk kan vi tenke oss at det måtte tre foreldre eller flere, for å få et avkom, men det har vi ikke sett eksempler på.
Han forteller at forskere har laget modeller av hvordan det ville sett ut med tre foreldre for en hypotetisk art, sammenliknet med et to-kjønnet system.
Over tid blir det tre-kjønnede systemet utkonkurrert. Grunnen er at den ekstra kostnaden ved å få tre egnede foreldre til å få avkom ikke veier opp for mangfoldet.
Mangfoldet er godt nok ivaretatt med systemet med to kjønn. Når tre kjønn ikke gir noen fordel, blir det utkonkurrert av det mer effektive tokjønns-systemet i modellen.
– Men hva skjer når kjønnscellene ikke deles inn i hanner og hunner?
Biolog Inger Skrede forteller at det finnes systemer for paring som ikke belager seg på to typer.
Hos sopp, som hun forsker på, finnes det avanserte systemer for å ivareta mangfoldet. Dette har resultert i at det kan være flere enn 17.000 ulike paringstyper.
Soppenes kjønnssystem
– Det handler om hvilke genvarianter du har og kombinasjonen av disse, sier Skrede.
Utad er de like og lager like kjønnsceller. Det er ingen forskjell på dem som voksne. Det er ingen peniser eller andre karakteristikker på kjønn, men det er altså gener som avgjør om de kan pares eller ikke.
– En sopp kan godt være donor i én paring og mottaker i en annen, forklarer hun.
Soppene hun forsker på, har genområder som koder for hvilken paringstype de er. Noen av disse genområdene har som mål å være en slags nøkkel for om paringen kan gjennomføres eller ikke.
Hvis soppen har funnet seg en mulig partner, må den genetiske nøkkelen passe til den andres lås. Hvis de ikke passer, betyr det at de sannsynligvis er litt for like – genetisk.
Da er de tjent med å finne seg en annen partner for å ivareta mangfoldet.
– Dyr har andre strategier for å spre seg. De er ofte mer mobile og kan finne en partner langt unna familien – som de deler gener med. Soppene er avhengige av å finne en partner der sporen landet. De er ikke så mobile når de først har etablert seg, forklarer Skrede.
Dette kan være en av grunnene til at de har så mange paringstyper.
Skrede forteller at det er ulike varianter av gener som definerer paringstypene hos sopp.
– De ekte gjærsoppene har bare to paringstyper, men kjønnscellene ser helt like ut, sier hun.
Faglig kalles de to paringstypene for a og alfa. Videre forteller Skrede at gjærsoppen kan bytte paringstype hvis det blir for mye av den ene varianten.
Gjærsoppen sender ut en type kjemikalier som kalles feromoner. Gjæren bruker disse stoffene for å kommunisere og sanse hverandre. Hvis det blir for mye feromoner fra en paringstype, kan de bytte.
Arter som skifter kjønn
Det finnes utallige strategier for å føre genene videre. Hunner, som lager de store og krevende kjønnscellene, eller eggene, trenger mye ressurser for å klare dette.
Derfor er det mange arter som har en strategi om å starte som hanner – for å lage de mindre energikrevende kjønnscellene først.
Deretter blir de hunner senere når de er større og sterkere og har mulighet til å lage egg.
– Arter som starter som ett kjønn og utvikler seg til et annet, kalles for sekvensielle hermafroditter, forklarer Sætre.
Et eksempel på dette er rekene. Gjennom hele livet har de gener for både hann og hunn, men ser ikke ut som hann og hunn samtidig. Det kjønnet de uttrykker, avhenger av kjønnscelle-typen de lager på et gitt tidspunkt, ifølge Sætre.
I tillegg til rekene finnes det mange arter som er hunn og hann samtidig. Disse kalles for simultane hermafroditter.
Hermafroditter i naturen
Biologiprofessor Anne Brysting forteller at det vanligste blant plantene er å være simultane hermafroditter.
– Kjønn er ganske greit avgrenset og definert hos planter, sier hun. Men det fungerer annerledes enn hos pattedyr.
Planter har pollenbærere og frøemner, forteller Brysting.
Pollenbærerne lager de «billige» kjønnscellene som kan spres med vinden eller med insekter, mens frøemnene er de store kjønnscellene.
For ikke å pollinere og befrukte seg selv har plantene ulike strategier. En slik strategi er for eksempel at den hannlige delen, pollenbærerne, og den hunnlige delen, med frøemnene, er modne på ulike tidspunkter.
– I geitramsens blomsterstand er de nederste blomstene i hunnlig fase, mens blomstene øverst er i hannlig fase, forteller hun.
Humlene som bestøver disse blomstene, begynner vanligvis å samle nektar nederst. Deretter jobber de seg oppover. Da tar de med seg pollen til den neste plantens hunnblomster samtidig som de minsker sjansen for selv-pollinering.
Men ikke alle planter er hermafroditter.
En annen strategi for å forhindre selv-pollinering er at den hannlige og hunnlige delen er atskilt fra hverandre i blomsten. En ekstrem versjon av dette er at planten har enkjønnete blomster og at disse hos noen arter sitter på ulike planter – hannplanter og hunnplanter.
Brysting forteller videre at noen trær, i likhet med reker, er sekvensielle hermafroditter.
– De lager ofte mye hannblomster som unge trær, forteller Brysting. Det henger trolig sammen med at det å lage hunnblomster er mer ressurskrevende. Derfor venter de med det til de er mer etablerte.
Kjønn som bestemmes av temperatur
Noen arter har overlatt kjønnsbestemmelsen til omgivelsene. Da har de genmateriale til å produsere begge typer kjønnsceller, men omgivelsene avgjør hva det blir.
– En av mekanismene for å uttrykke ulike kjønn er kjønnskromosomer, forklarer Sætre. Men det er ikke den eneste mekanismen.
Det finnes en slags type miljøbrytere, som temperatur, som kan bestemme kjønn. Dette er vanlig hos krypdyr.
Et eksempel på kjønnsbestemmelse etter temperatur slik Sætre beskriver, finnes hos havskilpadder. Der er det temperaturen på egget som avgjør om skilpadden utvikler seg til hann eller hunn. De skifter ikke i løpet av livet.
Ulike organismer har ulike strategier
Ifølge Sætre er det rom for at det finnes mutasjoner og variasjoner i naturen.
– Hos fuglearten brushane finnes det hannfugler som likner hunnfugler. Det er for å lure seg inn og få paret seg uten å bli jaget bort av dominante hanner, sier Glenn-Peter Sætre.
Med andre ord har disse hannfuglene en fordel av å likne så mye på hunner at de blir tatt for å være det. Men det betyr ikke at de er det. Det betyr at det er en fordel for dem å slippe å slåss med de andre hannene for å forplante seg.
Sjøhesten er et eksempel der hannen passer på eggene. Det er likevel disse individene som lager mange og billige kjønnsceller. Altså er de hanner, selv om de har en rolle som statistisk sett assosieres med å lage de store og energikrevende kjønnscellene.
Målet til sjøhester, brushane, havskilpadder, geitrams, gjærsopp – alt liv på jorden – er å reprodusere seg og få avkom som er tilpasningsdyktige. Seksuell reproduksjon i alle sine mulige varianter er et system for å oppnå mest mulig genetisk mangfold for å få robuste barn.
Referanse:
G.A. Parker mfl.: The origin and evolution of gamete dimorphism and the male-female phenomenon. Journal of Theoretical Biology, 1972. (Sammendrag) Doi.org/10.1016/0022-5193(72)90007-0
Les også disse sakene fra Universitetet i Oslo:
-
Hjerneforsker advarer mot ukritisk bruk av smertestillende opioider
-
Kvinner isoleres oftere enn menn under fengsling i Norge
-
Forskning møter barrierer: – Jeg er ganske bekymret over utviklingen
-
Slik kan sensorer fra smarttelefoner brukes til å ta bilde av antimaterie
-
Jordskjelv, snøskred og glass som knuser, har noe til felles
-
Digitale verktøy kan gi lærerstudenter bedre veiledning
forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER
