נוסח השאלה המלא: באיזה שלב נוצר המין ומה היתרון?

השאלה ששאלת היא שאלה אבולוציונית מאוד מסקרנת אשר פילוסופים ומדענים רבים עסקו ועדיין עוסקים בה. אם נפרק את השאלה, נראה שלמעשה מדובר בחיבור של שתי שאלות: הראשונה – נוגעת להיווצרותם של המינים או במילים אחרות, של יצורים המבצעים רבייה מינית. השנייה – עוסקת בסיבות לכך שסוג זה של רבייה כה נפוץ בטבע – כלומר ביתרונות האבולוציוניים שרבייה מינית מקנה למי שמסוגל לבצעה. חשוב לומר שהגדרת הרבייה המינית אינה מחייבת קיום של זכר ונקבה, אך הכרחי לענות על השאלה "מה יתרונות (וחסרונות) הרבייה מינית?" כדי לנסות להתמודד עם השאלה "מה היתרונות של קיום זכר ונקבה?"

ננסה להגדיר מהי רבייה מינית תוך שימוש ברביית האדם כדוגמא: יצירת תאי זרע בגברים, כמו יצירת תאי הביצית בנשים כרוכה בחלוקת תא ייחודית המכונה חלוקת הפחתה (מיוזה). התוצר של חלוקה זו היא תא המכיל מחצית מהחומר הגנטי המכונה "גמטה" (תא זרע ותא ביצית הם סוגים של גמטות). לדוגמא, בתאי גוף האדם 46 כרומוזומים המהווים מערך גנטי כפול של 23 זוגות כרומוזומים הומולוגים. בגמטות (הביצית והזרע) יש רק מערך אחד של 23 כרומוזומים – כלומר בחלוקת הפחתה נוצרים תאים שהמטען הגנטי שלהם הופחת בחצי. כאשר הביצית מופרית על ידי הזרע – נוצר תא חדש המכיל שוב 2 מערכים הומולוגים של 23 כרומוזומים, וממנו יתפתח העובר. רבייה מינית מוגדרת כרבייה הכוללת יצירת גמטות בחלוקת הפחתה, המלווה באיחוי גמטות (הפרייה) ליצירת התא הצאצא.

תרשים המדגים את מחזור הרבייה המינית (האיור מבוסס על איור מויקיפדיה).

לגבי מועד ואופי היווצרותה של הרבייה המינית: רבייה מינית מבוצעת על ידי רוב היצורים הרב-תאיים. לאור העובדה שמנגנון הרבייה הא-מינית הוא פשוט יותר, וכן מבוצע על ידי יצורים הנמנים על קבוצות קדומות יותר (פרוקריוטים לדוגמא), ניתן לשער שהרבייה המינית התפתחה בשלב אבולוציוני מאוחר יחסית לרבייה הא-מינית. יחד עם זאת, לא ניתן לקבוע מתי לראשונה הופיעו יצורים המבצעים רבייה מינית על פני כדור הארץ. גם התיאוריות לגבי מנגנון התפתחותה של רבייה מסוג זה הן בגדר השערות בלבד.

אז מה היתרונות של רבייה מינית? היתרון הראשון טמון במנגנון המולקולרי של חלוקת ההפחתה: הגנים ממוקמים בזה אחר זה על גבי ה-DNA, כך שבכל כרומוזום הגנים נמצאים על אותה מולקולה וקיים ביניהם קשר פיסי. נניח ששני גנים (גן א' וגן ב') נמצאים על אותה מולקולת DNA; בכרומוזום אחד גן א' מקודד לחלבון שמתפקד באופן מעולה בעוד שגן ב' מקודד לחלבון שמתפקד באופן לקוי. בכרומוזום ההומולוגי שני הגנים מקודדים לחלבונים תקינים אך ממוצעים. מבחינה אבולוציונית ההורה היה רוצה להעביר לצאצא כרומוזום עם גן א' מעולה וגן ב' ממוצע, אך בתאי גוף ההורה אין כרומוזום כזה. בזמן חלוקת ההפחתה, נוצר מפגש בין זוגות הכרומוזומים ההומולוגים ומתאפשר תהליך המכונה שחלוף (רקומבינציה או קרוס-אובר) = החלפה של מקטעים מקבילים בין שני הכרומוזומים ההומולוגים. באמצעות שיחלוף נוצרים בתאי המין כרומוזומים בהרכב חדש שלא קיים בתאי המוצא. מנגנון זה, היוצר שילוב חדש של גנים בכרומוזומי הגמטות יכול לאפשר מחיקת מוטציות "רעות", או לחילופין שילוב של מוטציות "טובות".

תרשים המדגים את מנגנון השחלוף, ויצירת השילוב החדש של גנים א' ו-ב' על גבי כרומוזומי הגמטות. מבוסס על איור מויקיפדיה.

לא כל רבייה מינית תלויה במפגש בין שני פרטים. למעשה נכון יותר להתייחס לרבייה מינית כמפגש בין שתי מערכות מין, ולא בין שני פרטים. יש יצורים רבים שלהם שתי מערכות מין, וחלק ניכר מהם מסוגלים לבצע הפרייה עצמית. על יצורים אילו נמנים מספר רב של צמחים ופטריות וכן בעלי חיים מסוימים. לעומת זאת קיימים יצורים בעלי שתי מערכות מין אשר לא מבצעים הפריה עצמית. דוגמא אחת היא התולעת המוכרת לכולנו בשם שלשול. לתולעת מערכת מין זכרית המייצרת זרע ומערכת מין נקבית המייצרת תאי ביצית. בזמן הזדווגות שני הפרטים מעבירים\ות זרע זה לזה\זו, ובמערכת המין הנקבית של כל אחד מהם\ן מתבצעת הפריה מזרעו של האחר\ת. האם הם זכר או נקבה? הם גם וגם. יצורים בעלי שתי מערכות מין (דו-מיניים) מכונים הרמפרודיטים, על שם הרמפרודיטוס, מן המיתולוגיה היוונית, אשר סלמקיס הניאדה התאחדה עם גופו. עוד דוגמא ליצורים הרמפרודיטים שלא מבצעים הפריה עצמית, הם בעלי חיים שמחליפים את זוויגם על ציר הזמן; לדוגמא, קיימים מספר דגים אשר בגיל צעיר הם נקבות ולאחר מכן הופכים לזכרים.

אותם מינים אשר מבצעים רבייה מינית ללא הפרייה עצמית, נהנים מהיתרון המרכזי השני של הרבייה המינית: כאשר פרטים שונים מזדווגים, הם בעצם מערבבים את המטען הגנטי שלהם עם זה של פרט אחר. הרווח הנפוץ ביותר מפעולה כזו הוא האפשרות לקומפלמנטציה (חיפוי) גנטי, לפיו גן תקין מיצור אחד יכול לחפות על גן בלתי תקין של האחר, ולהפך. מצד אחד, הערבוב הגנטי עלול לגרוע, אך מאידך יכול ליצור חיבור בין שתי תכונות מאוד חיוביות של שני פרטים וליצור "סופר צאצא" אשר הסבירות שהיה נוצר ברבייה א-מינית נמוכה בהרבה. מנגנון דוגמת זה, עשוי לאפשר תופעה המכונה "אבולוציה בקפיצות", לפיה לעתים ההתפתחות האבולוציונית אינה הדרגתית אלא מדרגתית, אך לא נפרט עליה כאן.

הראשון שהדגים את יתרונותיה של הרבייה המינית באופן כמותי והשווה את יעילותה של הרבייה המינית לזו הא-מינית היה הסטטיסטיקאי-ביולוג האנגלי, רונלד פישר. לפי מה שתואר עד כה, נראה כי לכאורה יתרונה של הרבייה המינית ברור. אך קיימים שני פרמטרים שמהווים את חסרונותיה המרכזיים של הרבייה המינית (לא כולל זו המסתמכת על הפרייה עצמית) ושאותם היה צריך לכמת: הראשון הוא העלות הכפולה של הרבייה. ברבייה א-מינית לכל אירוע רבייה דרוש פרט אחד בעוד שברבייה מינית דרושים שניים. כך למשל, אם קיימות שתי אוכלוסיות בעלות אותו מספר פרטים, אחת מתרבה מינית ואחת א-מינית, הרי שלזו המתרבה באופן א-מיני פוטנציאל לייצר פי שניים צאצאים לדור מהאוכלוסיה המתרבה מינית. החיסרון השני של רבייה מינית הוא שהיא מחייבת מפגש בין שני פרטים. ניתן להמחיש חיסרון זה באמצעות שני דגים, זכר ונקבה השוחים בים במרחק של מאה מטרים זה מזו. שניהם מוכנים ורוצים להזדווג, אך לא יצליחו אם לא יפגשו.

תרשים המדגים את עלותה הכפולה של הרבייה המינית. ברבייה א-מינית (מימין) לכל יצירת פרט דרוש אורגניזם אחד, בעוד שברבייה מינית (משמאל) דרושים שני אורגניזמים. נ=נקבה, ז=זכר. התרשים מבוסס על תרשים מויקיפדיה.

ממה שתואר עד כה אפשר כבר להתחיל לנחש מתי רבייה מינית היא יתרון ומתי היא חיסרון. קיימת הסכמה היום שבתנאים של סביבה יציבה, אשר אינה דורשת התאמות חדשות של היצורים החיים בה, כאשר עיקר התחרות בין פרטים באוכלוסיה היא על מי מתרבה מהר יותר, לרבייה הא-מינית יש יתרון. לעומת זאת, בסביבות בלתי יציבות, כאשר לא ברור מה יידרש לדור הבא כדי לשרוד באופן מיטבי, וכאשר נחוצות התאמות חדשות לשינויים סביבתיים, לרבייה המינית יתרון בכך שהיא מאפשרת שונות גדולה יותר בין הצאצאים להורים ובין הצאצאים לבין עצמם. התיאוריה הזו נתמכת בתופעה הנצפית ביצורים המסוגלים לבצע הן רבייה מינית והן רבייה א-מינית, אשר לרוב, בתנאים נוחים, מתרבים א-מינית, בעוד שבתנאי עקה (סטרס) עוברים לבצע רבייה מינית.

כעת, משסקרנו קצת את מאפייניה, יתרונותיה וחסרונותיה של הרבייה המינית, אפשר להתייחס לשאלה "מה היתרון של יצירת זכר ונקבה". נחדד את השאלה ונשאל, מה היתרון שבתוך אותו מין יהיו 2 סוגים של פרטים המתרבים זה עם זה ולא מסוגלים להתרבות בין עצמם? זוהי שאלה מאוד מעניינת משום שהיא גם שאלה אבולוציונית, אך יש לה גם מאפיינים חברתיים. לדעתי מקור כל היתרונות של קיום זוויגים נפרדים, הוא הפחתת התחרות בין פרטים. מאחר ונקבה לא מתחרה עם הזכר על בני זוג היא לא מסכנת אותו, וההפך גם כן. ברגע שהתחרות פוחתת יכולים להתאפשר דברים אחרים: אם אורגניזם אינו מהווה תחרות, אך הוא בן אותו המין מבחינת התקשורת, נפתחת הדלת בפני שיתוף פעולה. ברגע שאפשר לשתף פעולה, נפתחת הדלת בפני התמחות. ברגע שלשני אורגניזמים אותו אינטרס, למה ששניהם יפעלו להשגתו באופן זהה, אם כל אחד מהם יכול להתמחות בפן אחר של פעילות? אין שום ממצא המאפשר הערכה מתי לראשונה נוצרה אוכלוסיה המורכבת משני זוויגים שונים. גם אין תשובה שאינה בגדר השערה לשאלה מה היתרון של קיום שני זוויגים. שאלה פתוחה נוספת היא – מדוע לא התפתחו מינים שלהם שלושה זוויגים? האם לעבוד בשניים זה נחמד כפליים, ובשלושה לא?

מאת: דניאל בן-הלוי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.