Два пола. Зачем и почему? Эволюционная роль разделения на два пола с точки зрения кибернетики - Виген Геодакян

Геодакян В.А.

Два пола. Зачем и почему? Эволюционная роль разделения на два пола с точки зрения кибернетики.

1966

Журнал «Наука и жизнь», 1966, № 3, стр. 99-105.

А нужны ли самцы?

В горах Армении, на берегах озера Севан, живут интересные ящерицы. Они замечательны тем, что среди них нет самцов – одни самки, которые откладывают неоплодотворенные, но способные к развитию яйца. Из них выводятся опять-таки исключительно самки.

Такой метод размножения крайне прост и весьма рационален: потомство могут дать все особи, и отпадают трудности, связанные с поиском «супруга».

Выходит в деле продолжение рода вполне можно обойтись без самцов.

Другой интересный способ размножения встречается у обитателей наших озер – серебристых карасей. Они, так же как и ящерицы с берегов Севана, представлены одними самками. Но эти самки все-таки прибегают к услугам самцов... других видов рыб. Сперма «чужих» самцов активирует их икринки, побуждая их к развитию. Однако настоящего оплодотворения – слияния ядер мужской и женской половых клеток – здесь не происходит. Самцы в таком случае не принимают генетического участия в образовании новых существ и поэтому не могут претендовать на отцовство. Роль отца могут играть иголка или некоторые химические вещества. Например, икринки лягушки можно стимулировать к развитию уколом тонкой иглы, а яйцеклетки ряда морских животных побудить к делению, встряхивая их или добавляя к воде некоторые кислоты или соли.

В лабораторных условиях даже столь высокоорганизованное животное, как кролик, иногда появляется на свет без участия самца. Яйцеклетку извлекают из организма самки, механическим или химическим путем побуждают к делению, а затем вновь помещают в чрево матери. Далее идет нормальное развитие и рождение нового существа. Такой «крольчонок-сирота» может развиться во вполне взрослое животное.

У некоторых видов животных можно найти примеры весьма «несправедливого» отношения к самцам. Так самки пауков допускают к спариванию, но съедают его сразу после свадьбы. Чтобы избежать такой участи, самец преподносит своей кровожадной невесте лакомство.

Также «безбожно» поступают и самки богомола, откусывающие во время спаривания голову самца. Свою миссию самцу-богомолу приходится выполнять, уже будучи без головы.

К этим примерам можно добавить еще повадки пчел и ос, некоторые виды которых «допускают» появление самцов не в каждом поколении или практикуют их уничтожение сразу же после осеменения матки.

Однако у подавляющего большинства животных самки «держат» своих самцов, терпят их и относятся к ним довольно сносно. Более того, виды, которые, «умеют» размножаться без самцов, например, некоторые ракообразные, обходятся без них летом – когда тепло и много корма. Но, как только наступает осень или засуха, они прибегают к услугам самцов. Это заставляет думать, что самцы для чего-то все-таки нужны.

Попытаемся выяснить, для чего.

Для чего нужно скрещивание?

Существует два основных способа размножения: бесполое и половое. В бесполом размножении участвует только одна родительская особь, которая производит себе подобных. В половом размножении участвуют два родителя. Принципиальное значение имеет, однако, не количественная сторона: то, что в одном случае получается «из одного – два», а в другом – «из двух – три». Гораздо важнее качественная сторона дела, а именно то, что при бесполом варианте не возникает новых свойств, в то время как при половом каждый раз появляется иное качество, отличное от родительского. Это очень существенно.

Бесполый способ встречается в основном у одноклеточных организмов, половым способом размножается большинство животных, в том числе млекопитающие. Видимо, с эволюционной точки зрения это наиболее прогрессивный способ.

Преимущества полового размножения обычно связывают с возможностью перекомбинации наследственных признаков родителей, что приводит к появлению генетического разнообразия. В самом деле, легко родиться метисом, имея черного отца и белую мать. Но это невозможно без отца – только лишь от одной белой матери.

Половое размножение обязательно предполагает скрещивание и, как правило, сопровождается разделением на два пола. Скрещивание – как раз тот процесс, благодаря которому возникают новые варианты. Оно необходимо для обеспечения генетического разнообразия. А что дает разделение на два пола?

Нужны ли для скрещивания два пола?

Существует способ размножения, при котором животные не разделены – не дифференцированы – на два пола, однако скрещивание имеет место. Таким способом размножаются дождевые черви. У них каждый червяк одновременно является и самкой и самцом. Или устрицы, у которых одна и та же особь выступает сначала в роли самца, а затем в роли самки.

Казалось бы, такой способ дает больше преимуществ.

Действительно, если, например, популяция животных состоит из 100 особей и все они без исключения могут скрещиваться между собой, то максимальное число возможных вариантов будет (100*99)/2 = 4950. Если та же популяция делится поровну на два пола, то число особей каждого пола равно 50 и максимальное количество возможных вариантов при этом равняется произведению 50*50 = 2500. То есть почти в два раза меньше.

Как видим, разделение на два пола ухудшает дело.

В чем же тогда секрет? Какую выгоду дает дифференциация полов? Ради чего популяция жертвует доброй половиной возможных вариантов, и что она получает взамен?

Считается, что дифференциация на два пола обеспечивает производство двух сортов гамет – половых клеток: с одной стороны маленьких и подвижных сперматозоидов, задача которых состоит в том, чтобы встретиться с яйцеклеткой, и, с другой стороны, относительно больших, но неподвижных яйцеклеток, обеспечивающих будущий зародыш питательными веществами. Однако такая специализация имеет место и у гермафродитных животных (дождевых червей и устриц) без дифференциации на два пола и без уменьшения разнообразия вариантов. Следовательно, этим биологический смысл разделения на два пола объяснить нельзя.

Попытаемся проанализировать роль полов в процессе воспроизводства, то есть выяснить их отношение к основным критериям производства – количеству, качеству и ассортименту продукции. Ибо всякое производство характеризуется прежде всего этими тремя параметрами.

Количество, качество и ассортимент продукции.

Предположим, что в заповедник выпускают всего 100 зубров. Какое выбрать соотношение полов, сколько выпустить коров и сколько быков? очевидно, что это соотношение зависит от того, какие цели преследуются. Если, например, задаются целью получить максимальное количество телят, то разумно взять 99 коров и 1 быка – при этом в каждом поколении могут родиться 99 телят. Однако все эти телята окажутся одного сорта по отцу и будут отличаться только по матери. Максимальное количество возможных сочетаний родителей в этом случае равно 99. Если желательно получить максимальное разнообразие (ассортимент), то необходимо иметь коров и быков поровну. Тогда количество возможных вариантов скрещиваний определяется произведением 50*50 = 2500! Однако уменьшится количество потомства, так как в одном поколении родиться лишь 50 телят. Среди них будут результаты как хороших сочетаний родителей, так и плохих.

Если же желательно улучшить качество стада зубров, то необходимо создать условия для полового отбора, то есть сделать так, чтобы часть животных не участвовала в размножении. Для этого необходимо иметь избыток самцов. Тогда конкуренция в борьбе за самку приведет к тому, что часть самцов не будет представлена в потомстве. При этом, чем больше избыток самцов, те жестче будут условия отбора.

Таким образом, существует определенная специализация – своего рода «разделение труда» - в роли полов в воспроизводстве. Оно выражается в их разном отношении к основным параметрам продукции – количеству и качеству потомства. Чем больше самок в популяции, тем больше количество потомства, чем больше самцов – тем лучше отбор, тем быстрее скорость изменения качества.

Такая «асимметрия» возникает только на уровне популяции. (Речь идет об «идеальной», хаотически скрещивающейся популяции.) Каждому отпрыску отец и мать передают примерно одинаковое количество генетической информации. Если же рассматривать не семью, а популяцию в целом, появляются новые признаки, новые черты, свойственные данному, более высокому уровню организации.

Сечение канала передачи генетической информации.

Описанная специализация обусловлена тем, что потенциальные возможности самца в передаче генетической информации несравненно больше, чем возможности самки. Каждый самец в принципе может стать отцом всего потомства популяции, в то время как возможности самок в этом смысле ограничены.