چرا بیشتر موجودات زنده از دو جنس نر و ماده هستند؟

ما انسان‌ها دو جنس زن و مرد داریم. بیشتر گونه‌های جانوری و گیاهی که در اطرافمان می‌بینیم هم از دو جنس نر و ماده هستند. در حقیقت ۹۹ درصد موجودات زنده‌ی پرسلولی روی زمین، دو جنس دارند. وجود دو جنس بدین معنیست که این موجودات تولید مثل جنسی می‌کنند. یعنی برای تولید فرزند، باید دو ماده‌ی جنسی را با هم ترکیب کنند. این درحالیست که خیلی از موجودات دیگر تک جنسی هستند و تولید مثل غیر جنسی می‌کنند. مثلا تنها کاری که باکتری‌ها باید برای تولید مثل بکنند این است که به دو نیم تقسیم شوند. ولی چرا بعضی از موجودات تک‌جنسی هستند و تولید مثل غیر جنسی می‌کنند و چرا بعضی دیگر دو جنس دارند؟

چارلز داروین هم حسابی با مسئله‌ی وجود دو جنس و تولید مثل جنسی گیج شده بود. او در سال ۱۸۶۲ نوشت: «ما علت وجود دو جنس را نمی‌دانیم. چرا موجودات زنده‌ی جدید [فرزندان] باید با ترکیب دو ماده‌ی جنسی متولد شوند؟ کل مسئله هنوز در تاریکی کامل است.» زندگی موجودات زنده‌ای که دو جنس دارند، کاملا تحت‌تاثیر مسئله‌ی جفت‌گیری است. «مرغ کریج‌ساز» نر برای تحت تاثیر قرار دادن ماده‌ها سعی می‌کند آشیانه‌های زیبا بسازد. کرم شب‌تاب ماده برای اغوای کرم‌های شب‌تاب نر، دم خود را با روشنایی زیاد به درخشش در می‌آورد. حتی عطر گل‌ها هم برای این است که حشرات جذب شوند و روی آن‌ها بنشینند تا از طریق گرده‌افشانی، گیاهان ماده را بارور کنند. تمام هدف زندگی موجودات زنده‌‌ای که نر و ماده دارند، تولید مثل جنسی است. در تولید مثل جنسی، همه‌ی موجودات زنده تقریبا از روشی ساده و یکسان استفاده می‌کنند. دو عضو از یک گونه، یعنی یک نر و یک ماده، DNA خود را با هم ترکیب می‌کنند تا ژنوم جدیدی بوجود آورند.

زندگی موجودات زنده‌ای که دو جنس دارند تماما تحت تاثیر مسئله‌ی جفت‌گیری است.

مزیت‌های تکاملی

پیش از بوجود آمدن تولید مثل جنسی، تولید مثل‌ به صورت غیر جنسی انجام می‌شد. یعنی موجودات زنده، تقسیم سلولی انجام می‌دادند. خیلی ساده، یک جاندار به دو نیم تقسیم می‌شد تا دو جاندار تازه بوجود آید. این مکانسیم ساده‌ی کپی شدن، کاری است که همه‌ی باکتری‌ها، بیشتر گیاهان و حتی بعضی از جانوران انجام می‌دهند. مکانسیم‌های تولید مثل غیر جنسی خیلی بهینه‌ و کم‌هزینه‌تر از تولید مثل جنسی هستند. گونه‌ای که تولید مثل غیر جنسی می‌کند، لازم نیست وقت و انرژی زیادی برای تحت تاثیر قرار دادن جنس مقابل صرف کند. آن‌ها صرفا رشد می‌کنند و به دو نیم تقسیم می‌شوند. این را مقایسه کنید با فرایند خطرناک و پرهزینه‌ی جذب جفت برای تولید مثل جنسی!

تولید مثل جنسی هزینه‌های دیگری هم دارد؛ یعنی حتما یک تخم باید بارور شود. در ضمن ترکیب کردن دو ژنوم مختلف نیاز به فرایندی کاملا متفاوت از تقسیم شدن صرف دارد. تولید مثل جنسی همچنین بدین معنیست که هر والد تنها نیمی از ژن‌هایش را به فرزند منتقل می‌کند. این درحالیست که در تولید مثل غیر جنسی، والد فرزندانی بوجود می‌آورد که همه‌ی ژن‌هایش را به او منتقل می‌کند و تقریبا فتوکپی خودش هستند. در نگاه اول به نظر می‌رسد تولید مثل غیر جنسی در دنیایی که گفته می‌شود ژن‌ها تماما در تلاش برای تضمین بقای خود هستند، کارآمدتر است.

پیش از بوجود آمدن تولید مثل جنسی، موجودات زنده با تقسیم شدن تولید مثل می‌کردند. کاری که همه‌ی باکتری‌ها انجام می‌دهند.

پس چرا با وجود این همه مزیت در تولید مثل جنسی بسیاری از گونه‌ها راه طولانی و پر مشقت این نوع تولید مثل را پیش می‌گیرند؟ جواب آن تقریبا مشخص است، تولید مثل جنسی دارای بعضی مزیت‌های تکاملی است که بر مضرات آن چیره می‌شود. در سال ۱۸۸۶ یک زیست‌شناس تکاملی آلمانی به نام «آگوست وایزمن» یک ایده‌ی جالب مطرح کرد. او گفت که در تولید مثل جنسی، ژن‌ها ترکیب می‌شوند تا تفاوت‌های فردی زیاد بوجود آیند. تفاوت‌های فردی، تنوع ژنتیکی را می‌سازند که این تنوع به نوبه‌ی خود باعث بوجود آمدن پدیده‌ی انتخاب طبیعی می‌شود. بنابراین تولید مثل جنسی فرصت ترکیب کردن ژن‌های دو فرد در یک گونه را فراهم می‌کند. این بدین معنیست که جمعیت بوجود آمده بر اثر تولید مثل جنسی، می‌تواند نسبت به تنش‌های محیطی واکنش بهتری نشان دهد. در حقیقت تولید مثل جنسی می‌تواند سرعت فرگشت را بالاتر ببرد. پس تولید مثل جنسی مزیت بزرگی برای زندگی در محیطی است که با سرعت زیاد دگرگون می‌شود.

بعضی از موجودات زنده به طرز جالب و عجیبی می‌توانند بین تولید مثل جنسی و غیر جنسی سوییچ کنند. جانداران تک سلولی باستانی معمولا در تولید مثل غیر جنسی خیلی خوب عمل می‌کنند ولی اگر تنش‌های محیطی زیاد شود، به سراغ تولید مثل جنسی می‌روند. مخمرها، حلزون‌ها، ستاره‌های دریایی و شته‌ها از جمله موجوداتی هستند که می‌توانند این کار را انجام دهند. این موجودات معمولا تولید مثل غیر جنسی را ترجیح می‌دهند و فقط وقتی شرایط محیطی بر آن‌ها سخت می‌آید تولید مثل جنسی می‌کنند. منظورمان از تنش‌های محیطی، اتفاقات مختلفی مثل تغییر در شرایط آب و هوایی یا برخورد شهاب‌سنگ است. زمین اولیه مکان خیلی ناخوشایندی بود و معمولا شرایط آن به سرعت تغییر می‌کرد. احتمالا در چنین شرایطی، موجوداتی که تولید مثل غیر جنسی می‌کردند بر اثر فرایند تکامل و انتخاب طبیعی به موجوداتی تبدیل شدند که تولید مثل جنسی را ترجیح می‌دادند.

تولید مثل جنسی تنوع ژنتیکی را زیاد می‌کند و این به بقای گونه در شرایط سخت کمک می‌کند.

انتخاب جنسی

حال یک پرسش بزرگ دیگر باقی می‌ماند. اینکه اساسا چرا در تولید مثل جنسی فقط یک جنس می‌تواند فرزندآوری کند؟ چرا نرها وجود دارند؟ این‌طوری نیمی از جمعیت نمی‌توانند فرزند‌آوری کنند و این یک زیان بزرگ به حساب می‌آید. داروین در پاسخ به این سوال گفت که شاید انتخاب طبیعی، تنها نیرویی نبوده که تولید مثل جنسی را بوجود آورده است. یک چیز دیگر هم وجود داشته که داروین آن را «انتخاب جنسی» می‌نامد. انتخاب جنسی یعنی اینکه یک فرد از یک گونه، خصوصیاتی در جنس مقابل را دوست دارد و طبق آن به سوی جنس مقابل جذب می‌شود. طبق پژوهشی که در سال ۲۰۱۵ منتشر شد، رقابت بین نرها برای بدست آوردن یک یا چند ماده و انتخاب ماده‌ها از بین نرهای رقیب برای بقای گونه کاملا ضروری است. انتخاب جنسی، سلامت جمعیت را تضمین و گونه را در برابر انقراض مصون می‌کند. انتخاب جنسی کاری می‌کند می‌کند که تنوع ژنتیکی در جمعیت حفظ شود. وقتی فردی از یک گونه با هم‌جنس‌هایش رقابت می‌کند، باید دارای خصوصیاتی برتر باشد تا موفق به جذب فردی از جنس مقابل برای تولید مثل شود. بنابراین انتخاب جنسی، فیلتری مهم و تاثیرگذار برای حفظ و بهبود سلامت ژنتیکی جمعیت فراهم می‌کند.

ولی دقیقا چه زمانی تولید مثل جنسی تکامل یافت و ابتدا چه موجوداتی این کار را انجام دادند؟ تاریخچه‌ی پیدایش تولید مثل جنسی را باید در زمان‌های خیلی دور و تا یک ماهی باستانی به نام Microbrachius dicki دنبال کنیم. فسیل‌های این ماهی که در صخره‌هایی در اسکاتلند پیدا شده، متعلق به ۳۸۵ میلیون سال پیش هستند. Microbrachius یعنی بازوهای کوچک، یعنی اینکه این ماهی دارای بازوهای کوچکی است. دانشمندان به تازگی توانسته‌اند بفهمند که این بازوها برای چه کاری بوده‌اند. در نوک بازوها مکنده‌های کوچکی قرار دارد. آنالیز دقیق فسیل‌ها نشان داد که نسخه‌های ماده‌ی این بازوها دارای صفحات کوچکی بودند که نسخه‌های نر را در سر جا محکم نگه می‌داشته است. این بازوها برای تولید مثل جنسی بوجود آمده بودند. اولین مهره‌دارانی که از طریق لقاح داخلی تولید مثل می‌کردند، همین ماهی‌ها بودند. لقاح داخلی درست همان کاری است که ما انسان‌ها انجام می‌دهیم. آن‌ها همچنین نخستین گونه‌هایی بودند که جنس نر و ماده‌ی آن‌ها از نظر ظاهری متفاوت داشتند. زیست‌شناسان این تفاوت ظاهری را به نام «دودیسی جنسی» می‌شناسند. البته بیشتر ماهی‌های امروزی از طریق آزاد کردن تخم‌ها و اسپرم‌ها به خارج از بدن تولید مثل می‌کنند. پژوهشگران نمی‌دانند چرا M.dicki سامانه‌ی لقاح داخلی داشت. ولی واقعیت این است که این ماهی، راه تولید مثل جنسی به آن شکلی که می‌شناسیم را هموار کرد.

رقابت بین نرها برای بدست آوردن یک یا چند ماده و انتخاب ماده‌ها از بین نرهای رقیب برای بقای گونه کاملا ضروری است.

برای فهمیدن منشاء واقعی تولید مثل جنسی ما باید باز هم به زمانی دورتر برویم. ما می‌دانیم همه‌ی موجودات زنده‌ای که تولید مثل جنسی می‌کنند از یک جد مشترک ریشه گرفته‌اند. بنابراین می‌توان فسیل‌های پراکنده‌ی یافت شده را آنالیز کرد و فهمید که این اجداد کی و کجا زندگی می‌کرده‌اند. این صخره‌ها که ۱٫۲ میلیارد سال سن دارند، در شمال کانادا هستند و اطلاعات خیلی خوبی درباره‌ی نخستین جانداری که تولید مثل جنسی کرد در اختیار دانشمندان می‌گذارند. در این صخره‌ها فسیل جانداری پرسلولی به نام Bangiomorpha pubescens یافت شد که تولید مثل جنسی می‌کرده است. B. pubescens ماهی یا حیوان نبود بلکه نوعی جلبک قرمز یا جلبک دریایی بود. بنابراین اولین موجودی که تولید مثل جنسی کرد، جلبک دریایی بود. این نشان می‌دهد که هاگ‌ها یا همان سلول‌های جنسی که آن‌ها تولید می‌کردند، در دو شکل نر و ماده بودند. اکنون ما می‌دانیم جلبک قرمز فاقد اسپرمی است که شنا کند. آن‌ها برای انتقال سلول‌های تولید مثلی خود به جریان آب احتیاج داشتند. به نظر می‌رسد این همان کاری است که این موجودات در ۱٫۲ میلیارد سال پیش انجام می‌دادند.

جلبک قرمز یکی از بزرگترین و قدیمی‌ترین گروه‌های جلبک است و بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ گونه‌ی آبی پرسلولی دارد. گونه‌های آن خیلی متنوع هستند و با این حال طی ۱٫۲ میلیارد سال ظاهر خود را کاملا حفظ کرده‌اند. این قدمت زیاد بدین معنیست که می‌توانیم آن‌ها را فسیل‌های زنده بدانیم. آن‌ها بازماندگان گذشته‌ای دور هستند و به ما یادآوری می‌کنند که از کجا آمده‌ایم. محیط خشن و متغیری که ۱٫۲ میلیارد سال پیش B. pubescebs در آن زندگی می‌کرد باعث شد به توانایی تولید مثل جنسی برسد. «گالن هالورسون» از دانشگاه مک‌گیل در مونترال کانادا می‌گوید: «با در نظر گرفتن اقلیم به نظر می‌رسد فسیل‌های Bangiomorpha pubescens همان زمانی پدیدار شدند که صدها میلیون سال تغییرات محیطی سپری شده بود. ما در این دوره نوسانات زیادی را در چرخه‌های کربن و اکسیژن می‌بینیم که نشان‌دهنده‌ی تغییرات محیطی بزرگ هستند.»

در این زمان، تولید مثل جنسی برای موفقیت‌های پی در پی و تکامل موجودات زنده‌ی پرسلولی ضروری بوده است. این فسیل‌ها پیشرفت‌های بزرگی را در تکامل حیات نشان می‌دهند. هالورسون می‌افزاید: «اینکه چه ارتباطاتی بین تولید مثل جنسی، پرسلولی بودن، اکسیژن‌زایی و چرخه‌ی جهانی کربن وجود دارد هنوز ناشناخته است. ولی سخت نیست تصور کنیم که این رویدادها ارتباط نزدیکی با هم دارند.» مطالعه‌ی این صخره‌ها برای فهم نوع محیطی که اجازه‌ی بوجود آمدن تولید مثل جنسی را داد و متعاقبا فهم چرایی بوجود آمدن جانداران پرسلولی، نه تنها ما را درباره‌ی گذشته و اینکه از کجا آمده‌ایم آگاه می‌کند، بلکه درک بهتری از حیات روی دیگر سیارات به ما می‌دهد.

BBC Earth