فرگشت تولیدمثل جنسی

فرگشت تولیدمثل جنسی یک ویژگی تطبیقی است که تقریباً در همه جانداران چندسلولی (و همچنین برخی از موجودات تک سلولی) مشترک است و بسیاری از آنها قادر به تولیدمثل غیرجنسی نیستند. پیش از ظهور تولیدمثل جنسی، فرایند سازگاری که در آن ژن‌ها از نسلی به نسل دیگر تغییر می‌کردند (جهش ژنتیکی) بسیار آهسته و تصادفی اتفاق می‌افتاد. رابطه جنسی به عنوان یک مکانیسم بسیار کارآمد برای ایجاد تنوع فرگشت یافته‌است و این مزیت اصلی را داشت که موجودات را قادر می‌سازد تا با محیط‌های متغیر سازگار شوند. با این حال، رابطه جنسی با هزینه همراه بود. در تولیدمثل غیرجنسی، نیازی به صرف زمان و انرژی برای انتخاب همسر نیست. و اگر محیط تغییر نکرده باشد، ممکن است دلیل کمی برای تغییر وجود داشته باشد، زیرا ممکن است ارگانیسم قبلاً به خوبی سازگار شده باشد. با این حال، رابطه جنسی به عنوان پربارترین وسیله برای شاخه شدن گونه‌ها به درخت زندگی فرگشت یافته‌است. تنوع در درخت فیلوژنتیک از طریق تولید مثل جنسی سریعتر از تولید مثل غیرجنسی اتفاق می‌افتد.
فرگشت تولیدمثل جنسی توضیح می‌دهد که چگونه حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها و پروتیست‌های تولید مثل جنسی می‌توانستند از یک اجداد مشترک که یک گونه یوکاریوتی تک سلولی بود، فرگشت یافته باشند. تولیدمثل جنسی در یوکاریا گسترده‌است، اگرچه تعداد کمی از گونه‌های یوکاریوتی به‌طور ثانویه توانایی تولید مثل جنسی را از دست داده‌اند، مانند Bdelloidea، و برخی از گیاهان و حیوانات به‌طور معمول به صورت غیرجنسی (از طریق آپومیکس و پارتوژنز) بدون از دست دادن جنسیت تولید مثل می‌کنند. فرگشت جنسیت شامل دو موضوع مرتبط اما متمایز است: منشأ آن و حفظ آن.
منشأ تولیدمثل جنسی را می‌توان در پروکاریوت‌های اولیه، حدود دو میلیارد سال پیش (گیا)، زمانی که باکتری‌ها شروع به تبادل ژن‌ها از طریق صرف، تبدیل، و انتقال کردند، ردیابی کرد. اگرچه این فرایندها از تولید مثل جنسی واقعی متمایز هستند، اما برخی از شباهت‌های اساسی با یکدیگر دارند. در یوکاریوت‌ها، تصور می‌شود که جنسیت واقعی در آخرین جد مشترک یوکاریوتی، احتمالاً از طریق چندین فرایند با موفقیت متفاوت، پدید آمده‌است، و سپس تداوم یافته‌است (در مقایسه با "LUCA").
از آنجایی که تأیید فرضیه‌های منشأ جنسیت به‌طور تجربی (خارج از محاسبات فرگشتی) دشوار است، بیشتر کارهای فعلی بر تداوم تولید مثل جنسی در طول زمان فرگشت متمرکز شده‌اند. حفظ تولیدمثل جنسی (مخصوصاً شکل دوپایه ای آن) توسط انتخاب طبیعی در دنیایی بسیار رقابتی از دیرباز یکی از معماهای اصلی زیست‌شناسی بوده‌است، زیرا هر دو مکانیسم شناخته شده تولید مثل - تولید مثل غیرجنسی و هرمافرودیتیسم - دارای مزایای آشکاری نسبت به آن هستند. . تولیدمثل غیرجنسی می‌تواند با جوانه زدن، شکافت یا تشکیل اسپور ادامه یابد و شامل پیوند گامت‌ها نمی‌شود، که بر این اساس منجر به سرعت تولید مثل بسیار سریع‌تر در مقایسه با تولید مثل جنسی می‌شود، جایی که ۵۰ درصد فرزندان نر هستند و قادر به تولید نسل خود نیستند. در تولیدمثل هرمافرودیتی، هر یک از دو ارگانیسم والد مورد نیاز برای تشکیل یک زیگوت می‌توانند گامت نر یا ماده را فراهم کنند، که منجر به مزایایی هم در اندازه و هم در تنوع ژنتیکی یک جمعیت می‌شود.
بنابراین تولیدمثل جنسی باید مزایای تناسب اندام قابل توجهی را ارائه دهد زیرا، علیرغم هزینه دو برابری رابطه جنسی (نگاه کنید به زیر)، در بین اشکال زندگی چند سلولی غالب است، که به این معنی است که تناسب اندام فرزندان حاصل از فرآیندهای جنسی بر هزینه‌ها بیشتر است. تولید مثل جنسی از نوترکیبی ناشی می‌شود، جایی که ژنوتیپ‌های والدین دوباره سازماندهی می‌شوند و با فرزندان به اشتراک گذاشته می‌شوند. این در تضاد با تکثیر غیرجنسی تک والدی است که در آن فرزندان همیشه با والدین یکسان هستند (جهش ممنوع است). نوترکیبی دو مکانیسم تحمل خطا را در سطح مولکولی فراهم می‌کند: ترمیم DNA نوترکیبی (که در طول میوز ترویج می‌شود زیرا کروموزوم‌های همولوگ در آن زمان جفت می‌شوند) و مکمل (همچنین به عنوان هتروزیس، قدرت هیبریدی یا پوشاندن جهش‌ها شناخته می‌شود).