ทำไมสิ่งมีชีวิตต้องแบ่งเพศชาย-หญิง

       นี่เป็นหนึ่งในคำถามพื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต แน่นอนว่าอัตราการเกิดจะสูงขึ้น ถ้าสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นทั้งหมดมีเพศเมียและผสมพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ โดยไม่ต้องอาศัยตัวผู้ (parthenogenesis) เพราะถึงอย่างไรก็มีสัตว์ในหลายสปีชีส์ที่ตัวผู้ไม่มีบทบาทในการเลี้ยงลูกของมันเองอยู่ดี ดังนั้นการสืบพันธุ์แบบที่ไข่ไม่ผสมกับเสปิร์มของตัวผู้นี้ น่าจะมีข้อดีกว่าในแง่ที่ว่า ลูกที่เกิดมาก็จะมียีนมากกว่าที่ต้องใช้ถึงสองเท่า นอกจากนี้การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศก็ใช้เวลาและพลังงานน้อยกว่าด้วย แต่ก็อย่างที่เห็นกันอยู่แล้วว่านี่ไม่ใช่สิ่งที่พบเห็นในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงทั่วไป ซึ่งจะสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศมากกว่า แล้วทำไมสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะต้องการตัวผู้ไปด้วย คำตอบที่นักพันธุกรรมเสนอไว้คือ การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศก่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนของสารพันธุกรรม (recombination) ซึ่งมีประโยชน์คือ ช่วยให้ทฤษฎีการคัดเลือกตามธรรมชาติ (natural selection) ของ Charles Darwin เกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด และขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ก็ได้พบหลักฐานที่สนับสนุนว่าทฤษฎีนี้เป็นจริงแล้ว

       เหตุผลที่กระบวนการคัดเลือกตามธรรมชาติเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ เป็นเพราะมี mutation บางอย่างที่จะกวนกันเองถ้าไม่มีการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรม อธิบายง่ายๆคือ ลองนึกดูว่า ถ้ามี mutation A ที่เป็นประโยชน์ในตัวเมีย กับ mutation B ที่เป็นประโยชน์เช่นกันเกิดขึ้นในตัวผู้ แต่ตัวผู้ไม่มี mutation A ถ้าไม่มีการรวมกันของสารพันธุกรรม mutation B ก็จะไม่ถูกคัดเลือก และหายไปในที่สุดเมื่อ mutation A เกิดขึ้น 100%ในประชากรหนึ่งๆ จะไม่มีสิ่งมีชีวิตตัวไหนเลยที่มีทั้งสอง mutation ในตัวเดียวกัน

       และเมื่อเวลาผ่านไปก็จะเหลือแต่สิ่งมีชีวิตที่มีmutationเดียวเท่านั้น recombination ช่วยทำให้สิ่งมีชีวิตปรับตัวมีวิวัฒนาการได้เร็วขึ้น เพราะมันทำให้ mutation ที่มีประโยชน์หลายๆชนิด เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิตตัวเดียวได้ ในทางกลับกันถ้ามี mutation ที่เป็นอันตรายหลายๆเกิดขึ้นหลายๆตำแหน่ง มันก็จะช่วยให้ mutation ที่ไม่ดีเหล่านี้เกิดขึ้นน้อยลงกว่าในรุ่นพ่อและแม่ด้วย

       นักพันธุกรรมที่มีชื่อเสียง John Maynard-Smith ได้เปรียบเทียบสถานการณ์นี้ว่าเหมือนกับเรามีรถสองคัน คันหนึ่งมีเครื่องยนต์ที่พัง อีกคันมีสายพานเสีย มันก็คือรถที่วิ่งไม่ได้ทั้งคู่ แต่ถ้าคุณเอาส่วนที่ดีของคันหนึ่งไปแทนที่ส่วนที่เสียของอีกคันหนึ่ง คุณก็จะมีรถที่วิ่งได้หนึ่งคัน recombination ก็เหมือนกัน มันทำให้โครโมโซมแลกส่วนที่ไม่ดี และผสมส่วนที่ดีของกันและกัน ก่อให้เกิดลูกหลานที่ดีที่สุด จากผลเสียของ mutation ที่ไม่ดีที่อาจมีต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์จึงสรุปว่า ข้อดีของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศนี้คุ้มกว่าการที่จะมียีนเพิ่มมาสองเท่าจากการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

       อย่างไรก็ดี ทฤษฎี natural selection นี้ ใช่ว่าจะอธิบายได้ทั้งหมด ข้อโต้แย้งก็คือ คุณสมบัติในการปรับตัวบางอย่างเป็นคุณสมบัติของทั้งกลุ่มประชากร ไม่ใช่ของสัตว์ตัวใดตัวหนึ่ง ถ้าการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศในรุ่นพ่อและแม่ไม่ได้ก่อให้เกิดประโยชน์ทันตาเห็นในรุ่นลูกทันที ก็ยากที่จะเข้าใจได้ว่าจะมีเหตุผลอะไรที่มาทำให้ประชากรมีการวิวัฒนาการจากการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ(asexual)มาเป็นแบบอาศัยเพศ(sexual) นอกจากนี้ยังอาจมีเหตุผลอื่นนอกจาก natural selection เช่น การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศจะทำให้ต่อต้านการติดเชื้อได้ดีกว่า จากการสังเกตความเกี่ยวโยงกันทางพันธุกรรม ระหว่างอัตราการรวมกันของยีนและความหลากหลายในแต่ละสปีชีส์ พบว่า มีปฏิสัมพันธ์กันระหว่างการคัดเลือกยีนเด่น และการผสมกันของยีน แต่ความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยและไม่อาศัยเพศยังไม่สามารถอธิบายได้ดีนัก

       การศึกษาใหม่โดย Paland และ Lynch ได้ให้หลักฐานโดยตรงสนับสนุนว่า การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศทำให้เกิดยีนที่มี mutation มากขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ผลสรุปนี้ได้จากการวิจัยในหลายๆกลุ่มประชากรของ Daphnia pulex ที่เป็นไรอาศัยในน้ำชนิดหนึ่ง มันเป็นตัวอย่างที่เหมาะมากในการศึกษาเรื่องนี้เพราะมันสามารถเปลี่ยนจากการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ไปเป็นการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศได้ ทำให้สามารถตรวจสอบเกี่ยวกับผลทางพันธุกรรมของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศในกลุ่มประชากรได้

       Paland และ Lynch ได้เปรียบเทียบจำนวน mutation ที่อาจส่งผลให้เกิดการสร้างโปรตีนตัวใหม่ต่างไปจากรุ่นพ่อ-แม่ (nonsynonymous mutations) กับจำนวน mutation ที่ไม่มีผลเปลี่ยนแปลงการสร้างโปรตีน (synonymous mutations) ใน Daphnia ที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ 14 ตัว และใน Daphnia ที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศอีก 14ตัว พบว่า nonsynonymous mutations เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนในประชากรที่มีการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ นอกจากนี้คาดว่า เกือบ 90% ของ mutations เหล่านี้จะถูกคัดเลือกให้อยู่ในประชากรรุ่นต่อไป ซึ่งชี้ให้เห็นว่า ประชากรที่มีการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศมีปริมาณของ mutation ที่เป็นอันตรายมากกว่า และการคัดเลือทิ้งยีนที่ไม่ดีก็มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในประชากรที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

       อย่างไรก็ดีผลการวิจัยนี้ไม่สามารถสรุปได้ว่า การคัดเลือก mutation ที่ดีและไม่ดีนี้เป็นสาเหตุของความจำเป็นของการสืบพันธ์แบบอาศัยเพศ แต่ก็ช่วยบอกว่า ประโยชน์ของการมีตัวผู้คือช่วยตัวเมียในการกำจัด mutationที่ไม่ดีออกไป ประเด็นที่น่าสนในอีกเรื่องคือ สัดส่วนของ mutation ที่เกิดใหม่ใน Daphnia ที่ถูกคัดเลือกให้คงอยู่ในรุ่นลูกนั้นค่อนข้างสูง คือเกือบ 90% ซึ่งต่างจากในอดีตตลอด 30ปีที่ผ่านมา ที่เชื่อในทฤษฎีทางวิวัฒนาการในระดับโมเลกุลที่เป็นกลาง (neutral theory) ที่กล่าวไว้ว่า ความหลากหลายทางพันธุกรรมส่วนใหญ่จะไม่ถูกคัดเลือก   ดูเหมือนว่า เราจะเริ่มเข้าใจเรื่องวิวัฒนาการเพิ่มขึ้นทีละน้อย จากมุมมองที่ว่ายีนที่ดีมีประโยชน์จะอยู่นิ่งๆ มาเป็นมุมมองที่ว่า สิ่งมีชีวิตนั้นถูกท้าทายอยู่ตลอดเวลาด้วยการคัดเลือกยีน และการต่อสู้กับยีนจำนวนมหาศาลที่มีทั้ง mutation ที่เป็นอันตรายและเป็นประโยชน์ในประชากร

:: ( S O U R C E : aksorn.com )* ::