A evolução do sexo é um dos quebra-cabeças da biologia evolutiva moderna. Entre os problemas mais intrigantes da teoria evolutiva estão aqueles ligados à origem e manutenção da recombinação e da reprodução sexual e à questão das condições que favorecem a evolução de fenômenos como a autofertilização e a partenogênese. Em várias espécies existe variação genética da taxa de recombinação e modo de reprodução, sendo que estas características são evolutivamente fluidas. A autofertilização pode variar geneticamente dentro e entre as populações de muitas espécies de plantas e genótipos partenogenéticos e de reprodução sexuada são encontradas em muitas espécies de animais e plantas. A maioria dos organismos se reproduzem sexuadamente. Algumas hipóteses tem sido propostas para tentar entender o por que da reprodução sexuada em oposição a assexuada - a da restrição genética, a da seleção de grupo, a das mutações deletérias e a da coevolução parasita-hospedeiro. As hipóteses para a origem do sexo são difíceis de comprovar experimentalmente, a maior parte do trabalho atual tem-se centrado no aspecto da manutenção da reprodução sexual. Os biólogos, incluindo W. D. Hamilton e George C. Williams, propuseram várias explicações sobre como se mantém a reprodução sexual num grande conjunto de seres vivos distintos.
Reprodução assexuada miniaturadaimagem|224x224px|Clones de "Aspen". Populus sp. Colônias derivadas de um único indivíduo Alguns organismos se reproduzem sem sexo (reprodução assexuada), onde um conjunto de organismos geneticamente idênticos é produzido a partir de um ancestral, em outros podem ocorrer os dois tipos de reprodução, e isso pode ocorrer de acordo com as condições e pressões externas. Os protistas, por exemplo, apresentam uma variabilidade notável em seu ciclo de vida. A maioria se reproduze assexuadamente, mas em condições de stress, eles mudam sua estratégia reprodutiva e passam a usar o sexo para se reproduzirem. Um exemplo clássico é o Paramecium, onde a reprodução sexuada é isogâmica (gametas têm o mesmo tamanho), e não existe diferença entre macho e fêmea. Os animais se reproduzem pela fertilização de um óvulo por um espermatozoide formando um zigoto que se divide por mitose até a formação de um embrião rudimentar - a blástula. A reprodução assexuada envolve o brotamento de uma massa de células que se multiplica pra formar um novo indivíduo. Quando esses brotos se juntam ao indivíduo que os originou, se desenvolve uma colônia, e quando esses brotos se separam, novos indivíduos independentes são formados.
As plantas formam esporos que crescem em uma forma de gametófito (plantas que formam gametas), ou um macho ou uma fêmea. Porém muitas delas se reproduzem assexuadamente e formam clones de sua progenitora. Um exemplo bem conhecido são os clones de "Aspen" (Populus sp.), que são colônias derivadas de um único indivíduo. Muitos outros organismos também se reproduzem assexuadamente, tais como as caravelas, afídeos (que apresentam ciclos de vida sazonais - no inverno onde há maior instabilidade eles se reproduzem sexuadamente, no verão, quando o ambiente está mais estável, eles se reproduzem por partenogênese). miniaturadaimagem|217x217px|Cnemidophorus uniparens. As fêmeas se reproduzem por partenogênese esquerda|miniaturadaimagem|208x208px|Varanus komodoensis. Registro de reprodução partenogenética A partenogênese (fenômeno de crescimento e desenvolvimento de um embrião sem que haja fertilização) também ocorre um alguns poucos organismos. Aqui a fêmea procria sem a necessidade de um parceiro sexual. Ocorre em algumas plantas, invertebrados (pulgas-d'água, abelhas) e alguns vertebrados (lagartos - conhecido para o gênero Cnemidophorus e também reportado para a espécie Varanus komodoensis – dragão de komodo). A partenogênese está envolvida em amplo debate, sendo considerada por alguns uma reprodução sexuada incompleta, já que demanda a produção de gametas (óvulos).
Sexo Em termos biológicos o sexo é basicamente um mecanismo utilizado por seres sexuados no processo de reprodução, onde ocorre a combinação de metade do material genético (DNA) de dois indivíduos (um macho e uma fêmea) para a formação da prole, que apresenta meia cópia genética de cada genitor, promovendo a variabilidade genética.Weismann, A. (1889). Essays on heredity and kindred biological subjects. Oxford Univ. Press, Oxford, UK.
Em oposição à reprodução sexuada, existe o método assexuado (ou clonal) de reprodução, onde o indivíduo produz uma prole geneticamente igual a ele. Uma estratégia reprodutiva biologicamente vantajosa, tendo em vista que passar os genes adiante é o objetivo principal de todo ser vivo.
Uma grande variedade de organismos se reproduz de forma sexuada, onde todos descendem de um mesmo ancestral comum com a capacidade de se reproduzir sexuadamente. Diante disso, deve existir um motivo biológico e evolutivo para o grande sucesso desse tipo de reprodução, já que a reprodução assexuada é fisiologicamente mais fácil que a reprodução sexuada, e ser assexuado então, é mais vantajoso, por gerar mais descendentes e passar mais genes adiante. Wiliams (1975) em Sex and Evolution, dizia " que a convicção que a prevalência da reprodução sexuada é inconsistente com a teoria evolutiva atual". A reprodução sexuada é muito custosa e envolve vários riscos, mas os benefícios devem superar esses custos.
Os custos do sexo miniaturadaimagem|A imagem mostra a variação numérica de indivíduos em população sexuada (a) e assexuada (b) ao longo de três gerações. O custo de 50% do sexo. Inicialmente uma população tem um número igual de fêmeas assexuadas e sexuadas. As fêmeas tem a mesma sobrevivência e fecundidade. A reprodução assexuada rapidamente predomina porque dobra a taxa de reprodução Como já mencionado, a maioria avassaladora dos seres vivos se reproduz sexuadamente, então é de se esperar que em uma população onde existam indivíduos com ambas estratégias de reprodução os indivíduos sexuados superem em número aqueles assexuados, porém isso não é observado em simulações. Imagine a seguinte simulação de uma população onde a primeira geração apresenta três indivíduos, sendo uma "fêmea" assexuada, um macho sexuado e uma fêmea sexuada, onde todos possuem as chances iguais de sobrevivência e produzem o mesmo número de descendentes.
Suponha então que nesse caso cada genitor seja capaz de produzir uma prole com dois indivíduos. Na segunda geração a "fêmea" assexuada terá gerado dois descendentes, cada um capaz de gerar mais dois descendentes. A fêmea sexuada, após a fecundação pelo macho sexuado, também produzirá dois descendentes, porém a partir da proporção sexual de 1:1Fisher, R.A. (1930) The Genetical Theory of Natural Selection, Clarendon Press, Oxford. a segunda geração dos indivíduos sexuados será de um macho e uma fêmea, dependentes um do outro para gerar mais dois descendentes. Ou seja, ao final da segunda geração essa população apresentará quatro indivíduos, sendo duas fêmeas assexuadas, um macho sexuado e uma fêmea sexuada.
A primeira geração apresentava uma proporção de 1/3 indivíduos assexuados, e em apenas uma geração o número desses indivíduos dobrou, aumentando essa proporção para 1/2. Se a simulação de mais uma geração for feita as duas "fêmeas" assexuadas serão capazes de gerar quatro indivíduos assexuados, enquanto o macho e a fêmea sexuada irão manter a quantidade de indivíduos da geração anterior, sendo assim a proporção de indivíduos assexuados será agora 2/3. As fêmeas sexuadas têm 50% da viabilidade de um indivíduo assexuado, pois esses são capazes de gerar o dobro de descendentes de uma fêmea sexuada, assim a reprodução assexuada se torna predominante na população em poucas gerações, pois faz dobrar a taxa de reprodução. Então, o sexo tem uma desvantagem adaptativa de 50% em relação à reprodução assexuada. miniaturadaimagem|202x202px|Meiose. O processo de divisão celular onde os cromossomos são reduzidos pela metade criando quatro células haplóides, cada um geneticamente distinto da célula mãe que a originou Existem ainda outros custos associados à reprodução sexuada, tais como: custo da meiose, onde os genes são divididos e enviam apenas metade dos genes para a prole, e ainda é onde os gametas são produzidos; a produção de gônadas que são órgãos caros de se produzir e manter, demandando muito gasto energético; a busca e seleção de parceiros pode ser altamente custosa, já que o acasalamento é muito arriscado, há um consumo de tempo, estruturas e comportamentos elaborados e muitas vezes alta exposição à predação; desperdício na produção de machos, que significa metade da parte produtiva da população, muitos dos quais não vão se reproduzir; podem ocorrer doenças sexualmente transmissíveis.
Vantagens da reprodução sexuada esquerda|miniaturadaimagem|217x217px|Esquema para ilustrar o crrossing over nos cromossomos. Ilustração: Thomas Hunt Morgam (1916) Provavelmente a reprodução sexuada é a grande responsável pela grande diversidade de organismos no planeta. Isto ocorre porque durante a gametogênese (processo de formação dos gametas) ocorre a meiose, onde o número de cromossomos da célula é dividido ao meio e ainda ocorre um processo denominado crossing over'', onde há a quebra desses cromossomos e uma troca de genes entre eles. Esta recombinação genética é responsável pela produção de grande variabilidade genética. Além de produzir genótipos variados, possivelmente existem outras vantagens no sexo. Alguns pesquisadores como G. Williams, G. Bell e W.D. Hamilton propuseram hipóteses interessantes na tentativa de apontar vantagens na reprodução sexuada. Williams em 1975, sugeriu que a diversidade genética favorece a dispersão no ambiente, já que os filhos não são iguais aos seus irmãos, eles poderiam ocupar nichos ecológicos um pouco diferentes, reduzindo a competição entre eles e favorecendo todos (redução da competição familiar). Bell em 1982, sugeriu que indivíduos geneticamente distintos também ocupam nichos diferentes e também reduzindo a competição. Hamilton em 1967 propôs que uma vez o ambiente sendo dinâmico, está sempre em modificação, o aumento da variabilidade genética garante que ao menos alguns indivíduos da população consigam se ajustar às exigências ambientais.
Por que o sexo existe? Uma possibilidade é que a vida use a reprodução sexuada porque se "agarrou nela", ou seja, as mutações que deveriam produzir a reprodução assexuada não ocorreram. Contudo, essa hipótese é improvável porque não é biologicamente difícil que uma mutação produza reprodução assexuada em uma forma sexuada, e porque a reprodução assexuada existe em muitas formas de vida. Ela surgiu várias vezes independentemente, demonstrando que as mutações necessárias podem ocorrer.
O sexo talvez exista porque ele acelera a taxa de evolução. Essa é a teoria do sexo por "seleção de grupo", onde ela considera o sexo desvantajoso para o indivíduo devido ao seu alto custo (50%), mas alega que este custo é compensado pela reduzida taxa de extinção das populações que se reproduzem sexuadamente. Entretanto, existe motivos para uma certa dúvida sobre a seleção de grupo e ainda o argumento do equilíbrio, de Williams, em que diz que algumas espécies como várias plantas, afídeos, esponjas, rotíferos e pulgas d'água podem se reproduzir sexuada ou assexuadamente, de acordo com as condições ambientais. Contudo essa alternativa não pode ser descartada.
Existem duas teorias principais nas quais o sexo pode ter uma vantagem a curto prazo.