Żywe organizmy cechuje zdolność i nieodparta dążność do rozmnażania się. Dotyczy to zarówno jednokomórkowych bakterii, jak i człowieka. To kluczowa cecha życia i podstawowa funkcja organizmu dlatego, że umożliwia trwanie populacji gatunku i zapobiega jego śmierci biologicznej.
Nierozerwalnie z procesami rozmnażania kojarzy się nam pojęcie płci i płciowości jako naturalnego zjawiska biologicznego, starego ewolucyjnie, że Natura wręcz „widzi korzyści i celowość” w istnieniu płciowości. Bowiem tak naprawdę płeć nie stanowi koniecznego warunku życia biologicznego. Istnieją przecież organizmy, które radzą sobie doskonale bez istnienia płciowości, mnożąc się przez podział, paczkowanie czy fragmentację. I są to nie tylko mikroorganizmy, ale także rośliny i zwierzęta. Można więc zadać pytanie, po co powstała płciowość, która wymaga od dwóch jednostek odszukania się w celu wydania potomstwa. A z tym związana jest przecież kwestia poświęcenia dużych ilości czasu i energii tak potrzebnej do życia.
Nad funkcją płciowości zastanawiali się już wielcy uczeni XIX i XX wieku – Darwin i Weismann, stąd sporo już wiemy, ale wówczas, jak i obecnie odnośnie do biologii płciowości sporo pytań pozostaje bez odpowiedzi. Jak choćby to, w jaki sposób pojawiła się w procesach ewolucyjnych.
W przypadku rozmnażania bezpłciowego (wegetatywnego) wspólną cechą wszystkich jego typów jest zachowanie status quo. Oznacza to, że wszystkie nowe organizmy zachowują takie same cechy genetyczne jak ich organizm rodzicielski. Wystarczy tu jeden osobnik, aby powstały z niego nowe, identyczne, czyli klony. Chyba, że organizmy wykazujące mutację (zmiana w strukturze genów, lub chromosomu, bądź ich liczbie) ulegają rozmnożeniu i rozprzestrzenieniu. Wówczas taka populacja wykazuje pewien stopień zmienności międzyosobniczej.
W ustabilizowanych warunkach środowiskowych jest to wystarczający sposób powiększania liczby i trwania osobników populacji. Nie stwarza jednak możliwości dobrej adaptacji w przypadku zmieniających się warunków życia. Pewne jest, że zmienność indywidualna jest siłą napędową i motorem ewolucji. Jak pisał August Weismann: „nadzwyczajna rozmaitość form płciowości w świecie ożywionym miała sens o tyle, o ile służyła tworzeniu zmienności indywidualnej”. To jednocześnie odpowiedź na wcześniej postawione pytanie o funkcję płciowości.
Rozwój każdego organizmu przebiega pod kontrolą i jest realizacją programu genetycznego zapisanego w genach ulokowanych na chromosomach. U organizmów bezpłciowych program ten jest kopiowany na nowo w każdym następnym pokoleniu. Płciowość natomiast powoduje, że program genetyczny nowego organizmu jest programem powstałym przez rekombinacje dwóch różnych programów – ojcowskiego i matczynego. Tak więc w tym przypadku dwa osobniki biorą udział w tworzeniu nowych, potomnych.
Komórki rozrodcze obu organizmów rodzicielskich łącząc się, dają początek nowemu organizmowi, który rozwija się z zapłodnionej komórki jajowej w złożonym procesie morfogenezy. Zarówno plemniki, jak i komórka jajowa powstają w procesach gametogenezy i wnoszą po połowie materiału genetycznego zarodka. U człowieka ogólna liczba chromosomów zawartych w jądrze każdej komórki somatycznej (budującej ciało) wynosi 46. Połowę, a więc 23 chromosomy wnosi do zygoty plemnik, a drugą połowę komórka jajowa. Procesy rekombinacji genetycznej zachodzące podczas gametogenezy (mejoza) powodują, że mimo produkcji olbrzymiej liczby gamet np. u człowieka w jednej porcji nasienia męskiego (ejakulat) jest ich średnio 75 milionów – a nawet do 120 milionów, materiał genetyczny gamet jednego osobnika jest właściwie niepowtarzalny.
Kobiety także dysponują ogromnym potencjałem reprodukcyjnym i zasobami zmienności genetycznej. Początkowo u płodu żeńskiego większa liczba komórek jajowych spada do około miliona w chwili narodzin. Kobieta wkraczając w okres rozrodczy, posiada w pęcherzykach jajnikowych już tylko około 180 tysięcy komórek, co i tak stanowi liczbę przekraczająca możliwości ich wykorzystania.
Dlaczego w gonadach męskich i żeńskich powstaje większa liczba gamet, niż kiedykolwiek będą mogły być wykorzystane? Można się domyślać, że ma to znaczenie w grze toczącej się o różnorodność kombinacji genetycznych samych gamet i powstającego z ich udziałem potomstwa. Powoduje to, że każdy nowo narodzony osobnik jest inny od pozostałych – odmienny. Wyjątek mogą tu stanowić bliźnięta jednojajowe, które rozwijają się z jednej zapłodnionej komórki jajowej, poprzez jej podział i stąd posiadają identyczny materiał genetyczny. Każde zatem dziecko spłodzone przez rodziców jest tylko jedną z możliwości w zbiorze dzieci prawdopodobnych, które mogliby oni mieć, gdyby doszło do zapłodnienia innych komórek jajowych przez inne plemniki. Zmiana zestawu genów, które otrzymuje od rodziców potomstwo, wyraża więc biologiczny sens rozdzielnopłciowości: występowanie stałej zmienności form życia.
Zdarza się w świecie organizmów i tak, że gamety męskie i żeńskie powstają w jednym osobniku. Takie organizmy to obojnaki, czyli hermafrodyty. Należą do nich niektóre gatunki ryb, większość roślin czy powszechnie znana dżdżownica. Jednak i tu Natura znalazła doskonałe rozwiązanie. Plemniki jednego osobnika zapładniają komórki jajowe drugiego (zapłodnienie krzyżowe). W tym przypadku również dwa osobniki biorą udział w powstaniu nowego życia – różnego od rodziców.
Natura zaskakuje nas obserwatorów – badaczy, również i w tym przypadku – okazuje się bowiem, że zróżnicowanie płci nie musi być czymś koniecznym dla skutecznego wydania na świat potomstwa. Wiele organizmów nie wykazuje podziału na płeć. Tak jest np. u gekonów. Jaszczurki te zupełnie pozbyły się płci męskiej. Składają jaja będące klonami matki, a te stają się nową generacją, pokoleniem tych organizmów. Z punktu widzenia matki rozwiązanie to pozwala na przekazanie potomstwu 100 procent własnych genów. Przy konwencjonalnej rozdzielnopłciowości każdy z rodziców przekazuje tylko połowę własnych genów i ta liczba wraz z każdym następnym pokoleniem zmniejsza się. Wnuki mają już tylko 1/4 genów, prawnuki 1/8, a praprawnuki tylko 1/16 puli genów rodzica.
Genetyczna nieśmiertelność dotyczy zatem gatunku, a nie jednostki i jest realizowana z przekazywaną z pokolenia na pokolenie linią generatywną komórek (linią komórek płciowych). Soma zaś budująca nasze ciało to populacja komórek o ograniczonym czasie życia i budujących ciało osobnika rodzicielskiego, którego zadaniem życia jest wydanie na świat pokolenia następców. My jako osobniki rozmnażające się płciowo tworzymy nowe kombinacje genów – rekombinacje, wędrujących poprzez pokolenia każdego rozmnażającego się w ten sposób gatunku. Płciowość może zmniejszać nasz osobisty wkład w życie następnych pokoleń, ale dla naszego gatunku jest czymś zbawiennym.
Biolodzy zgodni są co do tego, że tylko między tym, co nie jest identyczne, może zachodzić dobór, a więc i przemiana. Już w roku 1885 August Weismann pisał, że funkcją płciowości jest wytwarzanie „zróżnicowania osobniczego, przez które dobór naturalny tworzy nowe gatunki”. W toku ewolucji rozmnażanie płciowe pojawiło się nie tylko w większości grup roślin i zwierząt, ale także w świecie mikroorganizmów. Musiało zatem powstać dość wcześnie w historii życia ziemskiego. W roku 1946, czyli tuż po II wojnie światowej, I. Lederberg oraz E. L. Tatum wykazali, po raz pierwszy, że dwa mutanty bakterii E. coli wytwarzają rekombinanty, gdy są hodowane razem. Dalsze badania, innych uczonych (Hayera, Jacoba, Wollmana) wykazały, że u tych bakterii istnieje koniugacja komórek i rekombinacja genów między koniugującymi komórkami.
Cały ten proces oparty jest właśnie na zróżnicowaniu płciowym bakterii. Co ciekawe, ten generujący różnorodność genetyczną proces występuje u bakterii jedynie co pewien czas. Wynika to najpewniej z korzyści, jakie daje rozmnażanie bezpłciowe, a mianowicie jest to proces bardzo wydajny (niektóre bakterie dzielą się co kilkanaście minut) i nie wymagający spotkania się partnerów. Jednak jeśli proces ten w ogóle nie występuje, następstwem jest śmierć hodowanych bakterii (jest niezbędny dla zachowania żywotności szczepu). Fakty te świadczą niezaprzeczalnie o dużej randze rozmnażania płciowego i to nie tylko dla świata mikroorganizmów – to tu spotykamy już cechy charakterystyczne dla obu płci, męskiej – ruchliwość (aktywne przemieszczanie się) i żeńskiej – brak tej cechy. Informacja genetyczna męska przenoszona jest do komórki zawierającej żeńską informację genetyczną. Tak jak u organizmów posiadających wyspecjalizowane gamety – plemnik aktywnie (z zaangażowaniem kilku białek) wnika do przyjmującej go komórki jajowej.
Śmiało więc płciowość można określić jako mechanizm wytwarzania różnorodności. Każdy z 8 miliardów ludzi żyjących obecnie na naszej planecie (wg US Census Bureau, 2024) jest inny, jest jednostką wyjątkową, niepowtarzalną. W styczniu 2024 r. szacowano, że na całym globie ziemskim co sekundę przychodzi na świat 4,3 nowego życia – nowych kombinacji genów i możliwości. Daje to gwarancję ochrony przed niestabilnością środowiska, przed jego wpływem. Można wyobrazić sobie przecież świat zamieszkały przez identyczne osobniki, które cechowałaby np. taka sama podatność na zakażenie jakimś mikroorganizmem chorobotwórczym (ostatnie pandemiczne doświadczenia mogą tu wzniecić naszą wyobraźnię). Wówczas wystarczyłaby jedna epidemia, by zniszczyć ludzkość. Zresztą nie dotyczy to tylko gatunku homo sapiens, ale całego świata istot żywych. Dlatego też prace nad klonowaniem, czyli produkowaniem wiernych kopii organizmów zwierząt, a szczególnie człowieka zawsze wzbudzały i wzbudzają kontrowersje i obawy.
Na szczęście w kolejnych pokoleniach geny tworzą wciąż nowe kombinacje. Powstają osobniki lepiej bądź gorzej przystosowane do życia w danym środowisku, niż obie formy rodzicielskie, ale są to formy różne. I to właśnie daje każdemu gatunkowi wiele możliwości, przyczyniając się do stopniowego ulepszania cech strukturalnych i funkcjonalnych umożliwia ewoluowanie gatunku. Dzięki nowym kombinacjom genów zyskujemy różnorodność która jest gwarantem bezpieczeństwa i odporności. Utrudnia przenoszenie chorób na całe populacje. Oznacza możliwość ciągłego ewoluowania. Rozmnażanie bezpłciowe, wegetatywne, z założenia daje ciągle ten sam wynik, płciowość zaś – tę możliwość, że oprócz całej masy przeciętności na świat czasem przychodzi jakiś Bach, Rembrandt bądź Einstein.
Obecnie, już w trakcie edukacji szkolnej, uczymy się, że materiał genetyczny naszych komórek podczas fazy podziałowej komórki kondensuje i widoczny jest w postaci chromosomów. Chociaż chromosomy odkryto już w latach 80. XIX wieku, ich znaczenie wówczas nie było jednak ani jasne, ani właściwie doceniane. Ich odkrycia dokonał niemiecki badacz Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz. Nazwa chromosomy wywodzi się od ich dużej zdolności do pochłaniania barwników chemicznych.
Nieco później dowiedzieliśmy się też, że kobiety posiadają dwa chromosomy X, a mężczyźni jeden X i jeden Y., co determinuje różnice płciowe
W roku 1891 młody wówczas zoolog Hermann Henking (Uniwersytet w Getyndze) odkrył istnienie specyficznego chromosomu u badanych osobników osy (Pyrrhocoris) i nazwał go X (z uwagi na jego tajemnicze odstawanie od innych chromosomów obserwowanych pod mikroskopem). Kilkanaście lat później w USA badaczka Nettie Stevens (Bryn Mawr College Pensylwania) prowadząc podobne obserwacje i badania nad aparatem rozrodczym robaków mącznych, odkryła drugi z tajemniczych chromosomów i nazwała go dla podtrzymania nomenklatury Henkinga – chromosomem Y. Jednocześnie badaczka zdała sobie sprawę z roli tego chromosomu w określaniu płci. W rzeczywistości oba chromosomy określane jako X i Y nie przypominają liter alfabetu, a to my raczej dostrzegamy w swojej wyobraźni takie podobieństwo.
Natomiast jeszcze krótsza jest historia odkrycia, które wykazało mechanizm genetyczny determinacji płci męskiej i żeńskiej. Bowiem dopiero w roku 1990 zespoły badawcze z National Institute for Medical Research oraz z Imperial Cancer Research Fund, zidentyfikowały gen znajdujący się na męskim chromosomie Y, który determinuje płeć i nadano mu nazwę gen SRY (sex-determining region on the Y). Zatem od niedawna wiadomym jest, co sprawia, że od niezliczonych pokoleń rodzą się nowe generacje chłopców i dziewczynek.
Dr n. med. Marek Jurgowiak – Katedra Biochemii Klinicznej, Wydział Farmaceutyczny CM UMK, wiceprzewodniczący Rady Programowej Centrum Nowoczesności Młyn Wiedzy, Rada Programowa TFNiS, stały współpracownik „Głosu Uczelni”, autor podręczników, popularyzator nauki
