Det er for det meste mødre, der giver mitokondrier videre - og en ny teori siger, at det skyldes den første seksuelle konflikt

Evolutionære interesser hos mænd og kvinder falder ikke altid sammen. Dette er kendt som seksuel konflikt:mandlige innovationer, der giver dem mulighed for at reproducere mere nogle gange sårede kvinder, og omvendt.

Hanfrugtfluer, for eksempel, injicere deres partnere med giftige kemikalier under sex. Disse toksiner ødelægger sædceller fra hunnens tidligere kammerater, forbedre sine egne chancer for at blive den eneste far til hendes afkom. Men giftstofferne gør også hunfluer syge og reducerer deres levetid. Kvinder, på tur, har udviklet forsvar for at modvirke kemikalierne, nogle gange på bekostning af mænds succes.

Biologer mener, at seksuelle konflikter er forankret i størrelsen og antallet af kønsceller - æg og sæd. Hanner producerer typisk et stort antal sædceller, der kan befrugte flere æg. Kvinder, på den anden side, producere et lille antal store kønsceller, og derfor investere mere energi og ressourcer i hver.

Mit hold af evolutionsbiologer ved University College London har nu identificeret en anden form for seksuel konflikt, går tilbage til de dage, hvor de mest komplekse organismer var lavet af enkeltceller, muligvis så langt som for 1,5 milliarder år siden. Denne ældgamle seksuelle konflikt – før de to køn overhovedet eksisterede – havde at gøre med, hvis mitokondrier ville blive videregivet til afkom.

Hvis mitokondrier vil blive givet videre?

Vi studerede nedarvning af gener i mitokondrier - de strukturer inde i vores celler, der ånder og producerer energi. I mange dyr og planter, når ægget er befrugtet, kun moderens mitokondriegener overlever, mens faderens mitokondrier er tabt.

Dette er ikke tilfældigt:Hunnerne har udviklet mange mekanismer til at genkende en partners mitokondrier, der kommer ind i ægget. Når først de er opdaget, en hær af enzymer sendes for at fordøje dem. Tidligere forskning har vist, at at slippe af med mandlige mitokondrier er en måde at holde efterkommeres mitokondriegener mutationsfri. I det lange løb, arv af sunde maternelle mitokondrier er gode nyheder for afkommet.

Men der er mange undtagelser, der forbliver uforklarlige. Hos nogle arter, faderlige mitokondrier forbliver ufordøjede, som om faderen havde fundet en måde at beskytte dem mod at blive opdaget. Fremmed endnu, i organismer som frugtfluer og mange planter, det er faderen, der ødelægger det meste af sine egne mitokondrier under produktionen af ​​sæd.

Hvis moderens arv er lige så gavnligt som tidligere forskning viser, hvorfor er der så mange undtagelser?

Tager det lange eller korte udsyn

I vores nye undersøgelse, vi viser, at disse undtagelser opstår på grund af en seksuel konflikt om kontrollen med mitokondriel arv.

Ved hjælp af matematisk modellering, vi fandt ud af, at evolution hos kvinder har en tendens til at fokusere på langsigtede effekter. At ødelægge faderlige mitokondrier gør det lettere at luge ud af skadelige mutationer i fremtiden, men denne effekt udfolder sig over mange generationer. Denne strategi fungerer godt hos kvinder, fordi det samme sunde sæt af maternelle mitokondrier føres ned ad kvindelinjen igen og igen.

Men mænd har ikke en lang evolutionær tidshorisont at forholde sig til i dette tilfælde. Da de fleste af deres mitokondrier erstattes af moderens mitokondrier i begyndelsen af ​​hver generation, evolutionen kan ikke opdage langsigtede fordele ved mænds mitokondriegener. Fordi der ikke er nogen langsigtet forbindelse, de kan kun drage fordel i den umiddelbare fremtid, og det betyder ofte at videregive nogle af deres mitokondrier lige nu. Hannerne søger derfor at forbedre deres afkoms kondition på kort sigt, også selvom langtidsvirkningerne er skadelige.

Det er disse forskellige interesser hos mænd og kvinder, der kan føre til et evolutionært våbenkapløb, da selektion hos de to køn virker i modsatte retninger. Evolution hos kvinder stræber efter at holde fremtidige generationer fri for mandlige mitokondrier, mens hannerne gør alt for at få nogle af deres ind i blandingen.

"Om og om igen, hanner har fundet på måder at undergrave kvindelig ødelæggelse af deres mitokondrier, " sagde min medforfatter, genetiker Andrew Pomiankowski. "Så kvinder måtte udvikle nye måder at blokere mandlige mitokondrier på. Vores model forklarer fint, hvorfor der er så mange forskellige mekanismer, der bruges til at udelukke mandlige mitokondrier, og hvorfor mænd nogle gange gør det selv."

Det hele handler om kontrol af mitokondriel arv – og for mænd er det bedre at sidde i førersædet for at bestemme, hvor mange mitokondrier de bidrager til blandingen, end at være helt udelukket.

En seksuel konflikt, der førte til kønnene

Der er beviser for, at denne konflikt går tilbage til de dage, hvor alle organismer var lavet af enkeltceller. Mandlige og kvindelige køn eksisterede ikke, fordi alle kønsceller var af samme størrelse.

"En af de strategier, en organisme kan bruge til at vinde i denne konflikt, er simpelthen at have flere mitokondrier end deres partner, for eksempel, ved at øge størrelsen af ​​deres kønsceller, " sagde Andrew Pomiankowski. "Påfaldende nok, dette kunne have været drivkraften til at udvikle to køn i første omgang." Større kønsceller - de fremtidige æg - opnåede en fordel i kampen om mitokondriel arv, simpelthen ved at oversvømme mindre kønsceller – forløberne for sædceller – der havde færre mitokondrier at bidrage med.

De fleste biologer tror i øjeblikket, at to køn udviklede sig gennem arbejdsdeling - en såkaldt "disruptiv selektion"-teori. Store kvindelige kønsceller kan overleve længere, men kan ikke bevæge sig meget, mens mindre sædceller er skrøbelige, men bevæger sig hurtigere og kan finde flere parringspartnere.

Vores hypotese om oprindelsen af ​​køn, hvis sandt, tilføjer en ny vinkel til denne oprindelseshistorie, sporer det tilbage til en gammel konflikt om mitokondriel arv. Hunnerne kan have vundet denne ældgamle kamp ved blot at producere større kønsceller spækket med mitokondrier, at sikre, at mitokondriel transmission er effektivt ensidig (og høste de langsigtede fitnessfordele). Men i sidste ende, som med alle videnskabelige hypoteser, denne skal bestå testen af ​​grundig eksperimentel verifikation.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.