Текст книги "Любовь и смерть в живой природе. Брачные игры животных, обряды прощания и другие причуды биологии"

Короче говоря, эволюционные рассуждения Гамильтона объясняют нам, что старение – это не результат неизбежного накопления нарушений, а результат ослабления давления естественного отбора в течение жизни, что позволяет проявить себя вредным для организма генам.

Математическая основа, заложенная Гамильтоном, позволила Майклу Роузу и Брайану Чарльзворту создать первый экспериментальный тест для эволюционной теории старения. В 1980 году они экспериментальным путем отобрали особей, которые размножались позднее остальных. Сюрприз! В течение нескольких поколений средняя продолжительность жизни населения увеличилась на 25 %. Что и требовалось доказать. Этот эксперимент поставил точку в эволюционной теории старения.

Под конец этого обзора мы рассмотрим рост числа раковых заболеваний среди человеческой популяции. По современным оценкам, у каждого четвертого новорожденного с возрастом развивается рак. Этот рост можно объяснить тем, что нас окружает все больше таких канцерогенных веществ, как химикаты, сигареты и т. п. Однако это не объясняет, по какой причине пик раковых заболеваний приходится на возраст 40–50 лет.

Ситуация проясняется благодаря исследованию эволюции старости: до тех пор пока современная медицина не научилась искусственно увеличивать продолжительность человеческой жизни, наши предки жили примерно до 40 лет, как мы уже отмечали раньше. В последние сто лет благодаря современной медицине люди доживают примерно до 80 лет, что дает возможность (по достижении человеком 40 лет) проявить себя тем генам, которым ранее этого не удавалось. Эти гены никогда не подвергались отбору, и некоторые из них относятся к вредоносным аллелям, которые вызывают болезни, в том числе и рак. Поэтому чем больше мы увеличиваем продолжительность жизни, тем больше времени для проявления себя мы даем тем генам, которые никогда не подвергались естественному отбору. То есть чем дольше мы живем, тем больше проблем мы создаем.

Смерть или скука – выбирайте сами

Сегодня в мире существует реальная философская и техническая тенденция увеличивать продолжительности жизни и достигать биологического бессмертия. Ну или хотя бы пытаться приблизиться к нему для начала. Исследовательский фонд «Стратегии достижения пренебрежимого старения инженерными методами» (Strategies for Engineered Negligible Senescence) – это всего лишь одна из многих компаний, стремящихся «убить смерть». Отчасти она финансируется такими крупными игроками Кремниевой долины, как Питер Тиль – сооснователь платежной онлайн системы PayPal. Также компания Calico при поддержке Google борется со старением и связанными с ним болезнями.

Все средства хороши: некоторые предлагают решительно сократить потребление пищи (это положительно влияет на продолжительность жизни мышей в лаборатории), в то время как другие изучают гены, отвечающие за механизмы старения. Элизабет Пэрриш, генеральный директор биотехнологической компании, даже экспериментировала на себе с генной терапией для омоложения…

Но все эти усилия направлены на механизмы, связанные с признаками старения, но не на его первопричину. Старение напрямую проистекает из логики эволюции, то есть бессмертный не имел бы биологического преимущества перед человеком, обреченным умереть от несчастного случая в ближайшие годы. Таким образом, погоня за бессмертием – лишь иллюзия.

На первый взгляд, законы естественного отбора создали компромиссную ситуацию: окей, вы можете жить о-о-о-о-о-очень долго, но только в контролируемой, стабильной среде… Хотите жить в среде с определенной долей непредсказуемости и хаоса (что, вероятно, интересует нас гораздо больше), готовьтесь платить за это: ваше существование не будет вечным.

4. Он, она и еще 2000 других полов

Когда смотришь на других живых существ в биосфере, не устаешь удивляться бесконечному разнообразию полов. Но почему люди, в свою очередь, насчитывают только два пола?

Только вообразите: вы – гриб. Представитель царства Fungi. Каждый день вы запускаете свои гифы – молочно-белые нити, из которых состоит ваше тело, – в мертвое органическое вещество. Сегодня – в ствол упавшего дерева, завтра… кто знает? Каждый день вы распространяете вокруг себя гниение, разлагая древесный лигнин, – и жизнь прекрасна. Когда наконец все условия созданы – влажность нужного уровня, достаток питательных веществ, – вы обнажаете свой репродуктивный орган. Без ложной скромности вы поправляете шляпу, отделанную тонкими пластинками, – и вот вы уже в напряжении и боевой готовности. Вы вот-вот распылите свои споры[20]20
  Можно было бы посвятить целые главы тем способам, к которым прибегают грибы, чтобы распространить свои споры. Пилоболус кристаллический (Pilobolus crystallinus) выбрасывает наподобие ядра орган, наполненный спорами. Это, вероятно, самое большое ускорение в природе: оно достигает 70 километров в час на несколько миллиметров, что составляет 20 000 g ускорения! Другие грибы сами поднимают ветер, чтобы распространить собственные споры как можно дальше! Они выделяют воду, которая затем испаряется. Этот процесс забирает энергию из воздуха вокруг, который становится холоднее и плотнее. Водяной пар имеет меньшую плотность и легче поднимается вверх. Эти две силы создают турбулентность, которая перемещает споры на расстояние до 10 сантиметров до цели.


[Закрыть] на представителей 20 000 полов вашего вида.

Да, именно так, 20 000. Ну, если быть совсем уж точным, то на 23 328 различных полов.

Это в том случае, если вы вообразили себя щелелистником обыкновенным (Schizophyllum commune), то есть грибом, как нам подсказывает его название, довольно-таки обыкновенным, но сородичи которого при этом не делятся «только» на мужские и женские особи. И это не единственное исключение: как только мы выходим за пределы мира животных и растений, мы встречаем очень-очень много разновидностей полов. У социальных амеб Dictyostelium discoideum их три. У гриба-навозника Coprinellus disseminatus, склонного к жизни в группе, – 143. А у базидиальных грибов нередко насчитывают тысячи полов… как и у щелелистника. Разбираться в биологии этих видов, глядя на нее сквозь призму антропологии, – не самое простое упражнение для интеллекта… Итак, сделайте разминку – и поехали.

Гаметы имеют значение

Итак, прежде всего – что мы понимаем под словом «секс»? Дать точное определение крайне важно, поскольку сегодня споры о нем выходят за рамки биологии. Это многозначное слово связано с занятием, которое приносит, по обоюдному согласию, двум взрослым удовольствие, но, например, на французском то же самое слово служит для обозначения гениталий, и часто его путают с социальным полом приматов в одежде. Таким образом, одно и то же слово легко мысленно используют, когда речь заходит о генетике, теле, поведении и наших социальных ролях. Хотя статистически многие вещи действительно соотносятся друг с другом, не во всех случаях это правило срабатывает автоматически: можно вырабатывать сперматозоиды, но при этом не быть носителем хромосомы XY, как большинство мужчин[21]21
  Мужские хромосомы подвержены множеству аномалий, как, например, синдром XXXY, или синдром Клайнфельтера.


[Закрыть], и считать себя женщиной.

Более того, генетические факторы, отвечающие за половую принадлежность, различаются в зависимости от вида. У млекопитающих мужские особи являются носителями хромосом XY, а женские – XX, но у птиц, например, мужские особи имеют две идентичные хромосомы ZZ, в то время как женские – ZW. И наконец, мире живых существ не такая уж большая редкость – смена пола, как и наличие двух типов гениталий у одного живого существа.

Вот почему, с точки зрения эволюционного биолога[22]22
  И обычно последнее слово – за ними.


[Закрыть], секс – это не столько хромосомы, грудь, вагина, пенис, уровень тестостерона или пол, к которому люди себя относят, сколько размер гамет. Гаметы – это клетки, производимые каждым партнером для оплодотворения, чтобы получился эмбрион. Для биологов самец – это организм, производящий малые гаметы, которые для простоты называют сперматозоидами, а самка – организм, производящие большие гаметы, то есть яйцеклетки. И не более того. Выходит, что все остальное (различные половые хромосомы, гениталии, волосяной покров и жировые запасы, по-разному распределенные по телу) – лишь последствия, вытекающие из размера гамет. Поэтому здесь мы не будем рассуждать на темы в духе: «Какого черта сперматозоиды меньше яйцеклеток?»

20 000 потенциальных партнеров

Вернемся к нашим грибам.

У щелелистника обыкновенного нет привычного нам деления на мужские и женские особи: все виды полов производят гаметы одной величины. Никаких маленьких пловцов или больших яйцеклеток – такой вид называется изогамным.

Само слово «пол» используется в том случае, когда есть очевидное разделение ролей, как у нас; когда же речь заходит о грибном царстве, предпочтительнее говорить о «типе пола». Совместимость этих типов зависит от генов, находящихся в двух областях хромосомы – локусах MAT-A и MAT-B[23]23
  Локус – это определенная зона хромосомы. В единственном числе – локус, во множественном – локусы.


[Закрыть]. Если на первом локусе гриба находится ген А3, а на втором – В5, значит, его половой тип можно назвать А3B5. Таким образом, мы видим, что количество типов зависит от количества аллелей, которые могут существовать на каждом локусе. На первом локусе щелелистника обыкновенного 288 аллелей, а на втором – 81, что дает нам 23 328 различных структур и, следовательно, 23 328 типов полов[24]24
  288 × 81 = 23 328.


[Закрыть].

Несколько разновидностей одной хромосомы

С точки зрения анатомии эти полы идентичны друг другу. Но тогда к чему вся эта прорва всевозможных полов, спросите вы меня. Всего-навсего чтобы увеличить шансы на обретение партнера. Правила таковы: чтобы оставить потомство, нужно, чтобы на локусах партнера были другие гены. Наш А3В5 может размножаться вместе с А2В4, но не с другим А3В5.

В нашем случае ситуация отличается не так уж сильно, и примерно 50 % населения совместима с остальной половиной. Это значит, что если бы мы отправляли свои гаметы в мир, так сказать, на удачу[25]25
  Пожалуйста, не делайте этого, там дети.


[Закрыть], то половина людей, на которых они приземлились бы, ничего не могли бы с ними сделать[26]26
  В любой непонятной ситуации еда – правильное решение. Если речь идет о стрекозах, посмотрите подраздел о гениталиях.


[Закрыть]. Напротив, каждый щелелистник обыкновенный имеет 22 960 возможных партнеров[27]27
  (288 – 1) × (81 – 1) = 22 960.


[Закрыть], то есть 98,4 % от всей популяции! Хорошая новость: каждая отброшенная гамета имеет неплохие шансы найти подходящего партнера, что совсем неплохо для этого гриба, который размножается исключительно половым путем.

Выходит, что разнообразие половых типов дает преимущество: совместимых партнеров вполне достаточно. А теперь представим себе такой сценарий: у биологического вида только две разновидности пола. И если какой-нибудь его представитель родится с мутацией, которая сделает его представителем третьего полового типа, то он будет располагать преимуществом, потому что просто-напросто сможет размножаться с обоими полами своего вида. Тогда у него будет больше потомков, которые дальше передадут гены, соответствующие этому третьему полу. Другими словами, новые типы пройдут отбор в ходе эволюции. Так почему у большинства животных и растений только два пола?

Гендерные модели

Прежде всего, судя по всему, многоклеточность связана с различием в величине гамет – анизогамией. У водорослей из порядка хламидомонадовые (Chlamydomonadales), которые исследователи внимательно изучали на предмет многоклеточности[28]28
  Мы вернемся к этому вопросу в разделе 6.


[Закрыть], находим следующую схему: одноклеточная водоросль Chlamydomonas reinhardtii изогамна, в то время как вольвокс (Volvox), которые представляют собой колонии из десятков тысяч клеток, анизогамны.

Исследования 2018 года предложили взглянуть на эту проблему под другим углом: ученые попытались понять, почему одни виды грибов имеют тысячи полов, а другие – только несколько десятков, а то и меньше. Исследователи создали математическую модель, чтобы понять, каким образом в условной популяции посредством мутации возникает новый пол, который размножается половым и неполовым путем, как это часто бывает у грибов. Они пришли к следующему выводу: количество полов этого вида должно сокращаться, особенно когда он размножается бесполым путем.

Представьте себе вид, обладающий множеством полов и склонностью к самоклонированию. По чистой случайности[29]29
  С технической точки зрения речь идет об отклонении. Поговорим об этом в разделе 11, посвященном сверхспособностям человека.


[Закрыть] этот вид может потерять типы, если они не подпадают под отбор, поскольку у особей, относящихся к этому полу, не будет возможности передать его дальше. Эта модель подкреплена реальными фактами: грибки, у которых половой процесс происходит только раз в 2000 поколений, как, например, это бывает у дрожжей, имеют только два половых типа. Напротив, щелелистник с его 23 328 половыми типами размножается только половым путем.

О гендере и пирогах

Само собой, это не объясняет, почему у НАС только два пола. Даже если когда-то давным-давно наши предки размножались бесполым путем, больше этой опции у нас нет. Тогда должно быть какое-то другое объяснение… и в таком случае мы прибегнем к старой доброй истории о пирогах.

Предположим, у вас есть ингредиенты в ограниченном количестве, которых вам хватит либо на один большой пирог, либо на много маленьких. Этот компромисс, который лежит в основе распределения ресурсов, работает и в отношении гамет: у наших предков были гаметы одинакового размера, но их размер постепенно менялся под воздействием эволюции. Естественный отбор отдал предпочтение особям, чьи гаметы по стечению обстоятельств были меньше, чем у других. Эти жулики тратили меньше ресурсов на создание каждой новой половой клетки и, таким образом, могли производить их в большем количестве, что позволило им оставлять большее потомство и, следовательно, передавать больше генов, отвечающих за небольшой размер гамет. Вы уже догадываетесь, к чему я веду? Вероятно, в таком случае отбор проходила любая мутация, которая способствовала уменьшению гамет. Теперь понятно, как мы пришли к сперматозоидам.

Вот только эти особи – «паразиты», которые обеспечивают лишь минимум ресурсов, производят лишь одно слабое потомство, плохо подготовленное к встрече с реальным миром. Для других особей выгоднее производить более крупные гаметы – печь большие пироги – и производить жизнеспособное потомство. Другими словами, делать выбор в пользу качества, а не количества.

И вот таким образом мы приходим к стабильному равновесию между двумя разными стратегиями и к пониманию того, как появилось различие между мужскими и женскими особями. Ну, то есть мы предполагаем, что дело обстояло именно так. Конечно, нужно держать в уме то, что такой сценарий весьма вероятен, хотя палеонтология так и не может его подтвердить[30]30
  Увы, из сперматозоидов и яйцеклеток выходят не очень хорошие окаменелости.


[Закрыть].

Прелесть этого объяснения заключается в том, что оно очень хорошо отвечает на вопрос, почему существует только два пола, а не три или четыре. Любой промежуточный вариант считался бы гораздо более проигрышным по сравнению с удивительным множеством сперматозоидов и огромными ресурсами яйцеклетки. Иными словами, будучи гаметой, нельзя останавливаться на полпути – надо идти до самого конца.

Финальная битва сперматозоидов

И все же фантазия эволюции, порождающая самые невероятные формы, на достигнутом, само собой, не остановилась. «Чем меньше ресурсов, тем напряженнее борьба» – это правило применимо не только к геополитике, миру финансов, но и… к сперме. Большие гаметы, полные ресурсов и требующие больших затрат для производства, не так многочисленны, как маленькие пловцы, которые рвутся наружу при каждом извержении семенной жидкости, следовательно, соперничество за яйцеклетку выходит ожесточенным.

Именно этот простой факт повлиял на возникновение большей части анатомических различий между женскими и мужскими особями, но не будем перечислять их в (очень) длинном списке. Роскошные хвосты павлинов, оленьи рога, разноцветная чешуя рептилий – это примеры переноса конкуренции в область морфологии. Но и сами сперматозоиды претерпели серьезные изменения, чтобы участвовать в гонке. И соперничество разворачивается не только между клетками одной особи: сперматозоиды нескольких самцов могут перемешиваться[31]31
  Это норма для тех видов, у которых оплодотворение происходит в окружающей среде… но то же самое нередко относится и к видам с внутренним оплодотворением.


[Закрыть], в связи с чем эволюция изобрела ответные меры, чтобы одержать победу в этой эпической битве.

Утопить конкурентов

Вырисовываются две нерадостные тенденции: чем напряженнее состязание между спермой двух самцов, тем крупнее у них семенники. Чтобы выиграть в лотерею, нужно скупить как можно больше билетов, а чтобы выиграть в битве за яйцеклетку, нужно разбавить сперматозоиды конкурента собственной спермой. Именно поэтому семенники горилл не так велики[32]32
  Я никого не осуждаю.


[Закрыть] – каждая самка обычно размножается с одним партнером. А вот у шимпанзе, которые известны беспорядочными половыми связями, они достаточно внушительного размера. Что касается людей… ну-у-у, мы где-то между этих двух крайностей. Это достаточно устойчивое правило, примеры ему мы находим у млекопитающих, у рыб и так далее.

Другая опция – ускорить сперматозоиды. У домовой мыши (Mus musculus) гаметы прикрепляются одна к другой при помощи маленьких крючков на макушке. Совместными усилиями эти маленькие торпеды быстрее добираются до цели! У многих видов (но не у Homo sapiens) есть парасперматозоиды, которые поддерживают только тех своих собратьев, которые на самом деле оплодотворяют яйцеклетку. Ученые до сих пор не до конца разобрались в их функциях. Некоторые из них действуют как лизосомы – клеточные органеллы, которые в обычное время участвуют в пищеварительном процессе… и таким образом способны разгонять сперматозоиды соперников! Ну и наконец, невозможно промолчать о гигантских сперматозоидах плодовых мух (Drosophilia bifurca), размер которых иногда достигает пяти сантиметров, что в 1000 раз больше человеческого сперматозоида. Благодаря этому огромному размеру сперматозоид целиком заполняет предназначенное для него вместилище – орган самки, препятствуя ей размножаться вновь и таким образом гарантируя себе выигрыш в лотерее…

Близкие контакты третьей морфы

На самом деле изучать эволюцию сперматозоидов очень увлекательно, поскольку она наглядно показывает, что, даже когда было достигнуто равновесие (речь о размере гамет и числе полов), эволюция не остановилась. И чтобы закрепить пройденное, позвольте мне закончить на очень крутой теме – виды, у которых есть третий пол.

Червь Auanema sp. обитает в калифорнийском озере Моно, где он производит одновременно сперматозоиды и яйцеклетки. Конечно, если мы полагаемся на наше изначальное определение, то каждый вид делится на мужские и женские особи… но все же мы обнаруживаем три телесных типа: мужские морфы, женские морфы и морфы-гермафродиты, способные производить гаметы двух типов. То же самое касается водоросли Pleodorina starrii или муравьев рода Pogonomyrmex, у которых королева должна спариться с двумя разновидностями самцов, чтобы породить колонию. И у этой колонии будет три родителя сразу!

Небольшая галерея славы сперматозоидов

В целом гермафродитизм достаточно распространен среди «влажных»[33]33
  Такой группы не существует на самом деле. Просто обращаю внимание на то, что беспозвоночные, среди которых часто встречаются случаи гермафродитизма, часто влажные. Вот и все.


[Закрыть] беспозвоночных, как, например, у оболочников (дальних родственников позвоночных, но принявших самые невероятные формы), брюхоногих, дождевых червей. Он вызывает удивительные адаптации: так, в процессе спаривания плоские черви Pseudobiceros bedfordi сходятся в дуэли, причем проигрывает тот, кто позволит себя оплодотворить. Именно ему приходится поплатиться размножением, отдавая ресурсы на благо потомства.

Среди обитателей коралловых рифов многие виды рыб представляют последовательный гермафродитизм. Рыбы-клоуны (Amphiprioninae) обитают в актиниях, где размножение контролируется парой. В случае смерти самки самец меняет пол и занимает ее место.

В общем, как мы видим, существует множество примеров, когда организмы нашли способ выйти за жесткие рамки системы, предполагающей только двух потенциальных партнеров.

Иначе говоря, любимое развлечение эволюции – это, судя по всему, разрушение наивных обобщений биологов!

5. Секс – это настоящий парадокс

Секс как способ размножения гораздо менее эффективен, чем клонирование. Почему же он так распространен и при чем здесь бананы?

Все любят бананы. Без преувеличения это идеальный фрукт: он сразу же идет в упаковке, в меру сладок, полон кальция, питателен и при этом не склонен разбрызгивать свой сок повсюду, когда его едят, и к тому же с ним можно отлично поиграть[34]34
  Можно вообразить, что это пистолет, и поиграть в ковбоев. А вы подумали о чем-то другом?


[Закрыть]. Таким образом, мы имеем дело с объектом столь необыкновенным, что некоторые любители теорий великих замыслов использовали его в качестве аргумента для подтверждения теории, согласно которой биосфера – это божественное творение[35]35
  Рэй Комфорт, новозеландский телеевангелист, прославился своей страстью к бананам во время передачи The Way of the Master («Путь мастера»), когда он попытался объяснить, что этот фрукт – кошмар атеистов. Сначала он перечислил все его качества (желтый цвет, который присутствует в живой природе, идеальная форма, благодаря которой он так хорошо лежит в руке, легко отстающая и гладкая кожура), а затем вывел из них заключение: изобрести такой продукт под силу только творцу небесному. Увы, Рэй Комфорт не знал, что дикие бананы бывают разных цветов, в том числе зеленого и фиолетового, а также часто напичканы косточками. Короче, бананы – кошмар только для тех атеистов, которые играют в «Супер-Марио», а сам Рэй Комфорт имел честь превратиться в мем благодаря своему выступлению.


[Закрыть]. Само собой, речь о замысле более-менее продуманном, а именно о искусственном отборе. Он идет уже 7000 лет – со времен его окультуривания в Папуа – Новой Гвинее. В отличие от волков, которые в числе прочих своих потомков имеют мопсов[36]36
  Ну, знаете, такие собаки, у которых мордочка настолько плоская, что у них возникают трудности с дыханием.


[Закрыть], дикие бананы – прямые предки сорта «Кавендиш», который мы едим сейчас. Но при этом у вкусных бананов есть недостаток: они обречены исчезнуть. Причиной тому удивительный факт, который позволит нам разобраться в гораздо более загадочной тайне, а именно… почему мы занимаемся сексом[37]37
  Безусловно, решение подвести читателя к этому фундаментальному вопросу рассказом о бананах может навести на мысль о непристойной шутке. Но мои подписчики в соцсетях отлично знают, что такой юмор совсем не моего уровня. Мой – гораздо хуже.


[Закрыть].

У Большого Майка проблемка

Вернемся к нашим бананам. В середине XIX века сорт бананов «Большой Майк» начал приобретать популярность благодаря своим исключительным качествам. Этот сорт был выведен потому, что банановое дерево размножается бесполым путем: на самом деле, это травянистое растение[38]38
  Да, бананы растут на траве, хотя и очень высокой.


[Закрыть], которое размножается благодаря корневищу – ризому. Спустя тысячелетия искусственного отбора сорт «Большой Майк» стал идеальным представителем своего вида. Он регулярно плодоносил, принося одинаковые и сладкие плоды, а толстая кожура позволяла ему путешествовать целым и невредимым.

200 000 единиц уже готовы, и еще миллион на подходе

Таким образом, банан «Большой Майк» стал воплощением мечты об однородности и повторяемости в эпоху, которая вскоре должна была открыть фордизм[39]39
  Система организации поточно-массового производства, которая возникла в США в начале XX века и была основана на использовании конвейера. – Прим. перев.


[Закрыть] и массовое потребление. Производители продолжали наращивать объемы урожая, продавцы – оптимизировать свои хранилища и калибровать логистику с такой точностью, чтобы фрукты попадали на прилавки магазинов аккурат к моменту созревания, а потребители тем временем продолжали радоваться их неизменному вкусу: ведь завтра вкус банана будет точно таким же, как вчера.

Короче говоря, все были довольны, пока дело не испортил один грибок. Fusarium oxysporum неожиданно прибыл из Азии и так решительно обрушил все производство банановых республик Центральной Америки, что это явление вошло в историю под названием панамская болезнь. Все банановые деревья, по сути, клоны, поэтому реагировали они на грибок абсолютно одинаково – гибли. Грибок уничтожал эти растения в таких количествах, что в итоге вызвал дефицит бананов в мировых масштабах[40]40
  По этому поводу в 1923 году Фрэнк Сильвер и Ирвинг Кон даже сочинили прославившуюся потом песню Yes! We Have No Bananas.


[Закрыть]. К счастью, выход из проблемы все-таки нашелся.

Мы все питаемся одним клоном

В 1830 году садовник Джозеф Пакстон выращивал бананы для графа Уильяма Кавендиша, герцога Девоншира. В те времена угощать гостей экзотическими яствами считалось высшим шиком, а бананы герцога отличались отменным вкусом. Вскоре их стали экспортировать по всему миру: на Самоа, Канарские и Антильские острова. Когда грибок поразил сорт «Большой Майк», его решили заменить «Кавендишем», который, судя по всему, смог устоять перед панамской болезнью. И что в итоге? Уже в середине XX века «Большого Майка» найти было невозможно – его потеснил «Кавендиш».

Именно поэтому сегодня этот сорт практически безраздельно главенствует во всех супермаркетах планеты: он представляет 99 % экспорта из нетропических стран! Каждый год производится более 15 миллионов тонн, и если вы никогда не бывали в какой-нибудь тропической стране и вам меньше 70 лет, то вполне вероятно, что именно эту разновидность банана вы едите уже на протяжении всей жизни.

Другими словами, все бананы, которые вы попробовали с детства, являются одной и той же особью, поскольку «Кавендиш», как и «Большой Майк», – клон. И главная проблема клонов в том, что они все подвержены одним рискам. Взять хотя бы грибок, например. Так, в итоге выяснилось, что «Кавендиш» уязвим для одной разновидности Fusarium oxysporum, так что этот паразит сегодня угрожает мировому производству лучшего в мире фрукта[41]41
  Но если уж быть до конца честным, то лучший в мире фрукт – это испанский лайм. Этот круглый плод настолько сочен, что его нужно высасывать, он напоминает нечто среднее между личи и рамбутаном. А когда вы покончили с одним, то на ветке остается еще штук пятьдесят! Блаженство.


[Закрыть]. И на сей раз у нас под рукой нет другого сорта на замену.

Секс как парадокс

Что ж, доверимся же генетическому гению, чтобы выбраться наконец из этого замкнутого круга, и лучше попытаемся разобраться в том, что нового мы можем узнать о сексе с помощью этого продовольственного рассказа.

С точки зрения эволюционного биолога, секс – это настоящий парадокс, едва ли поддающаяся разгадке тайна. Большинство видов, которые размножаются бесполым путем, делают это при помощи клонирования: каждая особь копирует себя и таким образом создает еще одну. Каждая из них в свою очередь тоже может клонироваться и так далее. Секс, напротив, требует двух особей, чтобы создать третью, и это гораздо менее эффективно.

Представим себе следующую ситуацию: среди особей определенного вида, которые размножаются каждый год, рождается одна особь с геном, наделяющим ее возможностью клонироваться. Эти клоны, в свою очередь, тоже могут создавать клоны и так далее. И через несколько лет большая часть всей популяции будет состоять из… этой самой особи! На примере этой компактной модели ген бесполого размножения чаще проходит отбор и быстро становится преобладающим в рамках отдельного вида. Согласно этой логике, полового размножения не должно существовать, однако… это не мешает ему иметь место.

Большинство многоклеточных организмов практикуют половое размножение, и некоторые одноклеточные также успешно по-своему смешивают гены. Раз оно настолько распространено, значит, выгода от него должна быть огромной! Но в чем она выражается? Как обычно, пытаясь объяснить это, ученые предложили множество гипотез, и все они отталкиваются от очевидного: секс – это перетасовка генетической колоды карт, которая позволяет привнести разнообразие в потомство.

Например, положим, что, смешав без всяких раздумий аллели папочки и мамочки, секс позволяет объединить все худшее из них в одной особи, которая с высокой долей вероятности не пройдет дальнейший естественный отбор[42]42
  В лучшем случае она не будет активно размножаться, в худшем – просто умрет.


[Закрыть]. В этом случае секс напоминает большую генетическую зачистку. С другой стороны, перетасовка геномов обоих родителей достаточна для того, чтобы избежать серьезных, очень серьезных мутаций, которые полностью переворачивают вверх дном всю ДНК. Но лучше оставим в стороне гипотезы, которым можно посвятить десятки страниц: давайте обратимся к Черной Королеве, чтобы разгадать нашу банановую загадку.

Путь в Страну чудес

В продолжении «Алисы в Стране чудес», которое Льюис Кэрролл назвал «Алиса в Зазеркалье»[43]43
  М.: Эксмо, 2016. – Прим. ред.


[Закрыть], появляется персонаж Черной Королевы, с которой Алиса соревнуется в беге. Когда девочка утверждает: «В нашей стране, если куда-то кто-то бежит, да еще с такой скоростью и так долго, то обязательно куда-нибудь да прибежит», Королева ей отвечает: «Здесь приходится бежать что есть мочи только для того, чтобы оставаться на месте, а уж если хочешь куда-нибудь передвинуться, придется бежать по меньшей мере вдвое быстрее». Превосходная метафора для описания безумной гонки вооружений, которой одержимы разные живые организмы, и особенно паразиты и их хозяева.

Мне нравятся эти маленькие мысленные эксперименты, они помогают многое понять. Итак, представим себе банановое дерево и грибок. Банановое дерево располагает двумя видами гена: сопротивление и СОПРОТИВЛЕНИЕ, в то время как грибок обладает двумя другими: паразит и ПАРАЗИТ. Грибок может инфицировать банановое дерево с геном сопротивление только геном паразит, а геном СОПРОТИВЛЕНИЕ – только ген паразит. Таким образом, банановое дерево продолжает наслаждаться своей клонированной жизнью и придерживается одной из двух опций на протяжении поколений.

И наоборот, если грибок размножается половым путем, его аллели будут меняться от поколения к поколению. Секс перетасовывает карты каждого поколения, и у грибков они не чередуются так быстро. Короче, в один прекрасный день грибок получит нужную комбинацию аллелей, чтобы пробить оборону бананового дерева и устроить себе фруктовый пир…

В природе существует множество генов, ответственных за сопротивление (иммунную систему бананового дерева) и за способность инфицировать носителя, но общий принцип неизменен: размножаясь бесполым путем, организм, возможно, многое выигрывает с чисто демографической точки зрения, но он рискует по-крупному, с точки зрения угрозы собственной безопасности. Или, говоря словами Черной Королевы, он стоит на месте в стране, где все куда-то бегут.

Эта теория неоднократно подтверждалась экспериментами. Так, однажды исследователи поместили два типа червя Caenorhabditis elegans в одну емкость с паразитическими бактериями. Первые были способны размножаться половым путем, другие – только самооплодотворением, то есть клонированием. Червей, не способных размножаться половым путем, через 70 поколений истребили бактерии, в то время как остальные сумели дать ей достойный отпор.

В жизни всегда есть места исключениям

Но даже если это правило, на первый взгляд, объясняет происхождение секса, нельзя забывать об исключениях. И они действительно есть! Некоторые виды, судя по всему, полностью отказались от этого способа размножения без каких бы то ни было очевидных последствий – настоящий скандал в глазах эволюционных биологов. Например, палочники, панцирные клещи или ракообразные из рода Darwinulidae[44]44
  Должен уточнить: не так давно ученым все же удалось обнаружить самцов этого вида, хотя прежде считалось, что их не существует и весь вид на протяжении уже 300 миллионов лет состоит из одних самок, – и поэтому наверняка размножается бесполым путем. Проблема в том, что насчитать удалось всего… трех самцов. За столетие исследований.


[Закрыть]. Похоже, за миллионы лет они отказались от создания новых комбинаций генов в пользу простого и понятного клонирования. Но самое пристальное внимание ученых привлекло к себе другое существо с совершенно непроизносимым именем.

Биология бделлоидных коловраток (я предупреждал) – уникальна, подобной не найти во всем мире. Эти крохотные микроскопические создания в форме вытянутой вазы имеют хвост с одного конца, а с другого – рот, оснащенный подвижными щеточками, при помощи которых они втягивают пищу. Но главное – у этого вида нет самцов. Ни одного. Нигде. По крайней мере, пока ни одного не нашли.

Таким образом, самки[45]45
  Они составляют 100 % этого вида.


[Закрыть] размножаются исключительно партеногенезом: неоплодотворенная яйцеклетка становится эмбрионом, а затем – взрослой особью. По всей видимости, бделлоидные коловратки не занимались сексом уже по меньшей мере 20 миллионов лет, что нисколько не помешало возникновению 450 разновидностей этих созданий исключительно женского пола.

Так каким же образом им удается избежать паразитов? Ну-у… Есть одна идея, но она довольно расплывчата. Во-первых, они могут иссушать себя и впадать в спячку, когда на них нападают патогены. А дальше уже пускай ветер унесет их в те края, где паразиты не так агрессивны. В общем, они осуществляют лиофилизацию и используют кресло-катапульту. Во-вторых, известно, что они способны использовать гены таких видов, как водоросли, бактерии и так далее. Эти так называемые горизонтальные передачи привносят некое разнообразие в их геном и делают жизнь сложнее для паразитов. В конце концов ученым удалось обнаружить одну разновидность бделлоид, геном которой носил следы комбинации с другими особями, что связано не с половым размножением, а с сексом как процессом обмена генами.

Интересно, что столь фундаментальный вопрос, как «Почему мужские и женские особи занимаются сексом?», предполагает совершенно небанальный и не до конца понятный ответ. Все дело в том, что мир во всей его сложности не укладывается в узкие рамки общепринятых правил! Как бы то ни было, у нас есть частичное объяснение нашего парадокса: половое размножение позволяет избегать болезней, поскольку дети из каждого следующего поколения немного отличаются друг от друга и от своих родителей. Теперь вы знаете, что нужно сделать, чтобы сбить с толку паразитов: не берите пример с бананов – лучше почаще занимайтесь сексом.