¿Sabemos por qué los animales han evolucionado para tener sexo para reproducirse?

TL; DR : la reproducción sexual, al proporcionar una vía para la recombinación de genes, ayuda a mitigar las mutaciones dañinas.

Neiman, Gery Hehman, Joseph T. Miller, John M. Logsdon, Jr. y Douglas R. Taylor. "Acumulación acelerada de mutaciones en linajes asexuales de un caracol de agua dulce". Biología Molecular y Evolución, 2009; DOI: 10.1093/molbev/msp300

Resumen

La reproducción sexual es extremadamente costosa y está muy extendida en relación con la reproducción asexual, lo que significa que también debe otorgar grandes ventajas para poder persistir. Un beneficio teórico del sexo es que facilita la eliminación de mutaciones dañinas, que se acumularían más rápidamente en ausencia de recombinación.La medida en que la selección purificadora ineficaz y la acumulación de mutaciones son consecuencias directas de la asexualidad y si la acumulación acelerada de mutaciones dañinas en asexuales puede ocurrir lo suficientemente rápido como para mantener el sexo dentro de las poblaciones naturales, sin embargo, siguen siendo preguntas abiertas. Abordamos los componentes clave de estas preguntas al estimar la tasa de acumulación de mutaciones en los genomas mitocondriales de múltiples representantes sexuales y asexuales de Potamopyrgus antipodarum, un caracol de Nueva Zelanda caracterizado por poblaciones mixtas sexuales/asexuales.Descubrimos que el aumento de la acumulación de mutaciones está asociado con la asexualidad y ocurre lo suficientemente rápido como para detectarse en linajes asexuales derivados recientemente de P. antipodarum. Nuestros resultados demuestran que una mayor acumulación de mutaciones en asexuales puede afectar diferencialmente a los linajes sexuales y asexuales coexistentes y ecológicamente similares.

La tasa acelerada de acumulación de mutaciones observada en P. antipodarum asexual proporciona algunas de las pruebas más directas hasta la fecha de un vínculo entre la asexualidad y la acumulación de mutaciones e implica que la acumulación de mutaciones podría ser lo suficientemente rápida como para contribuir a los mecanismos evolutivos a corto plazo que favorecen la sexualidad. reproducción.

"Adaptación en sistemas naturales y artificiales" de John Holland analiza en gran medida la base algorítmica de la evolución. A propósito de la pregunta, dice:

Una clave para comprender [...] radica en observar lo que le sucede a un pequeño conjunto de alelos bajo la acción de [una estrategia reproductiva]. En particular, ¿qué sucede si aparece un conjunto de alelos adyacentes en varios cromosomas diferentes de aptitud superior a la media y no en otros lugares? Debido a que cada uno de los cromosomas se duplicará un número de veces superior al promedio, los alelos dados ocuparán una mayor proporción de la población después de la fase de duplicación. Esta mayor proporción, por supuesto, se producirá independientemente de que los alelos tengan o no algo que ver con la aptitud superior a la media. La aparición de los alelos en los cromosomas extraadaptados puede ser una casualidad, pero es igualmente cierto que esta acción aprovechará cualquier correlación entre la selección dada de alelos y la aptitud superior a la media.Además, cuanto más variados sean los cromosomas que contienen los alelos, menos probable es que los alelos y la aptitud por encima del promedio no estén correlacionados .

(Holland, 1992, pág. 15) énfasis agregado

En otras palabras, la recombinación juega un papel más importante de lo que generalmente se entiende. La mayoría de la gente piensa en términos de pequeñas mutaciones que conducen a cambios específicos porque encajan con la forma en que se mejora un diseño intencional. Pero, de hecho, su recombinación, actuando en todo el genoma y en el contexto de una gran población, mejora la aptitud física promedio de la próxima generación.

La reproducción sexual, aunque es costosa y no es la única ruta concebible para la recombinación masiva, proporciona mucha más recombinación que la que se obtiene de la reproducción asexual.

Modelar sexo vs asexual con respecto a los parásitos mostró en 1980 que la reproducción sexual

... en ciertos estados de ciclo, las especies sexuales obtienen fácilmente una aptitud media geométrica a largo plazo más alta que cualquier especie asexual monotípica competidora o una mezcla de ellas.

Y esto fue confirmado en un experimento histórico en 2011 publicado en Science . Aquí se modificó un gusano (C. elegans.) que normalmente se reproducía tanto sexual como asexualmente para aislar una cepa que solo se reproduce sexualmente y otra que solo se reproduce asexualmente.

Luego infectaron a los gusanos con un parásito bacteriano (S. marcescens) que puede resultar letal en 24 horas si el gusano no es resistente. Tanto el gusano como la bacteria pueden desarrollar resistencia/virulencia con el tiempo.

En este experimento, los gusanos que se reproducían sexualmente tenían una mortalidad mucho menor que las especies que se reproducían asexualmente cuando se infectaban con la bacteria. Este efecto fue mucho mayor después de ser co-cultivado con la bacteria durante 10 generaciones, donde murió ~70% de los gusanos asexuales mientras que solo murió ~18% de los gusanos que se reproducían sexualmente después de 30 generaciones. Todas las líneas que se reproducen asexualmente se extinguieron después de 20 generaciones.

En resumen, descubrimos que los linajes obligados a autofecundarse fueron llevados a la extinción cuando se enfrentaron a un parásito coevolutivo. Estos resultados son consistentes con los aspectos macroevolutivos de la hipótesis de la Reina Roja, tal como fue formulada originalmente por Van Valen (Van Valen L. Evol Theory. 1973;1:1–30.)

Entonces sí, conocemos al menos una razón por la cual el sexo ha evolucionado; hacer frente a los parásitos. Como con toda racionalización evolutiva, esta puede no ser la razón inicial o la razón más importante por la que evolucionó.

Hay otra teoría de que la reproducción sexual es una adaptación para resistir los parásitos .

Resumen:

La teoría darwiniana todavía tiene que explicar adecuadamente el hecho del sexo. Si los machos brindan poca o ninguna ayuda a la descendencia, debe emerger una aptitud promedio adicional alta (hasta el doble) como propiedad de una paternidad sexual si el sexo ha de ser estable. Presumiblemente, la ventaja debe provenir de la recombinación, pero ha sido difícil de identificar. Bien puede residir en la necesidad de recombinar las defensas para derrotar a numerosos parásitos. Un modelo que demuestra esto funciona mejor para los hosts en disputa cuyos polimorfismos de defensa están restringidos a bajas tasas de mutación. Una revisión de la literatura muestra que las predicciones de la coevolución del parásito encajan bien con la ecología conocida del sexo. Además, la coevolución del parásito es superior a los modelos anteriores de la evolución del sexo al respaldar la estabilidad del sexo en las siguientes condiciones desafiantes: fecundidad muy baja,

El artículo de Wikipedia sobre la Hipótesis de la Reina Roja explica más:

Por el contrario, una teoría del tipo de la Reina Roja de que los organismos están corriendo carreras armamentistas cíclicas con sus parásitos puede explicar la utilidad de la reproducción sexual al nivel del gen postulando que el papel del sexo es preservar genes que actualmente son desventajosos, pero eso será ventajoso en el contexto de una probable futura población de parásitos.