Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексенко Алексей

Если бы все в науке было так просто и наглядно, ею занимались бы даже смекалистые шимпанзе. Проблема нашей формулы не только в том, что при ее выводе мы сделали пару-тройку необоснованных натяжек. То есть мы их, конечно, сделали, но более строгая математика дает сходный результат. Такую математику лет двадцать назад предложил биолог по имени Дэвид Дюзенбери, и его вывод не отличается от нашего, дилетантского. Он буквально изложен в названии его статьи: «Отбор на высокую вероятность встречи объясняет эволюцию анизогамии при разумных предположениях о зависимости скорости и продолжительности плавания от размера». Анизогамия, кстати, – это как раз такая ситуация, когда два мешка с генами, вздумавшие эти гены перетасовать, специализируются в своих стратегиях, то есть делятся на два пола.

Проблема не в том, что мы рассматривали тут несуществующих мешкообразных молодоженов, а в реальном мире описанная ситуация – когда два организма объединяют свои капиталы, а потом делят их между потомками – встречается не так уж часто. При всем разнообразии реальных ситуаций у подавляющего большинства земных организмов репродуктивное поведение самцов и самок действительно различается, и при желании эти различия можно описывать в предложенных терминах: кто-то больше вкладывает, а кто-то больше суетится.

Настоящая проблема этих рассуждений в другом. Процитируем собственную фразу двумя абзацами выше: «В идеальном мире один партнер сидит у окошка в ожидании суженого, а дождавшись, рожает и воспитывает общих детей. Второй партнер шныряет туда-сюда в поисках приключений». Подвох кроется в первых словах фразы: «В идеальном мире». В седьмой главе мы толковали о том, почему естественный отбор, вообще говоря, совершенно не рассчитан на то, чтобы достигать идеала. Он, как было тогда сказано, действует «дифференциально» – не знает, в чем отдаленная цель, а просто благоволит тем генам, которые способны обеспечить в следующем поколении чуть более высокую вероятность выживания… для самих себя. Поэтому, если вам кажется, что какое-то устройство жизни было бы очень логичным и удобным для всех, вам придется выяснить, каким путем жизнь могла бы достичь такого устройства.

Ну что же, посмотрим, как природа постепенно нащупывала разные способы разделить свои творения на два пола.

Марков А. Самцы и самки меняются ролями при смене погоды. См.: https://elementy.ru/novosti_nauki/431958/Samtsy_i_samki_menyayutsya_rolyami_pri_smene_pogody

Birky C. W. Jr. Uniparental Inheritance of Organelle Genes. Current Biology: CB. 2008. 18(16): R692–5.

Cassini M. H. Sexual Size Dimorphism and Sexual Selection in Primates. Mammal Review. 2020. 50(3): 231–233.

Diamond M. Sex and Gender: Same or Different? Feminism & Psychology. 2000. 10(1): 46–54.

Dusenbery D. B. Selection for High Gamete Encounter Rates Explains the Evolution of Anisogamy Using Plausible Assumptions about Size Relationships of Swimming Speed and Duration. Journal of Theoretical Biology. 2006. 241(1): 33–38.

Judson O. Dr. Tatiana's Sex Advice to All Creation: The Definitive Guide to the Evolutionary Biology of Sex. New York: Holt/Metropolitan, 2003. (Джадсон О. Каждой твари – по паре: секс ради выживания / Пер. Е. Милицкой. – М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

Глава двенадцатая, в которой читатель узнает о сексуальных проблемах сыроежек

Типы спаривания

Я бью себя по рукам каждый раз, когда они печатают на клавиатуре какой-нибудь мудреный биологический термин. Вот и в прошлой главе заслуженно получил леща: там проскочили и «конъюгация», и «пили», и «митохондрии», и, наконец, «анизогамия». Напомню, что так называется ситуация, когда партнеры в сексе явно отличаются друг от друга и внешне, и стратегией поведения. Ну что ж, семь бед – один ответ: раз есть анизогамия, должна быть и изогамия. Это когда два партнера внешне неотличимы и во время скрещивания ведут себя одинаково. При этом они все равно могут принадлежать к двум «полам», просто внешнему наблюдателю различия не видны.

Навалим в кучу еще больше сложных слов: кроме анизогамии и изогамии, существуют гетероталлизм и гомоталлизм. Первое слово означает, что два разных пола все-таки необходимы, даже если различия совершенно незаметны никому, кроме самих партнеров. А второе слово – это когда полов вообще нет и спариваться можно с кем угодно. Я попытаюсь в дальнейшем избегать всевозможных «-гамий» и «-таллизмов», но пусть они останутся в тексте хотя бы в некоторых местах – специально для любителей сложных слов.

В природе все эти варианты встречаются, и можно предположить, что самый примитивный из них – это когда скрещиваться уже хочется, но никаких полов еще нет, а потому нет и различий между ними. Такой вариант, кстати, показался удобным моей любимой плесени аспергиллу. Однако в первой части мы целые десять глав говорили о том, что смысл секса – освежить свой геном посредством перемешивания генов. Наверное, перемешивать гены имеет смысл с кем-то, у кого они отличаются от ваших?

Дальше пойдут рассуждения с позиций здравого смысла, а потом будет интересно увидеть, как они завели нас в тупик.

Итак: гены хорошо бы перемешивать с партнером, у которого они немного другие. Спариваться с самим собой совершенно бессмысленно, а природа не любит бессмысленных действий. Как избежать такого конфуза, если вы, например, гриб и ваша гифа встретила другую грибную гифу, вроде бы симпатичную, но вы не уверены, не растет ли она из той же самой колонии плесени, что и вы?

Самый простой путь к успеху – спариваться с кем-то, кто хоть в чем-то от вас отличается, потому что сами вы от себя не отличаетесь ни в чем. Решение задачи? Завести себе «тип спаривания». Пусть в популяции будут два варианта какого-то гена, причем для успеха любовного акта партнеры должны иметь разные варианты. Если вы встречаете кого-то с другим вариантом гена – это точно не вы, спариваться можно. Если вариант тот же самый – возможно, парень он симпатичный и вам во всем подходит, но на всякий случай лучше не надо.

Примером прямолинейной реализации этой идеи могут служить пекарские дрожжи. У них есть ген (генетики ради пущей точности употребляют здесь слово локус – это такое место в хромосоме, где может быть один или другой вариант какого-то гена) по имени МАТ, который способен существовать в двух вариантах – a и α («а» и «альфа»). Этот локус кодирует белки, руководящие переключением между двумя программами. Когда включается первая программа, клетка начинает синтезировать феромон a, а почуяв нежный аромат феромона α, изо всех сил стремится в этом направлении. При второй программе все происходит наоборот. К собственному типу спаривания, то есть феромону, дрожжи не испытывают никакого влечения, вот проблема и решена.

Есть, конечно, и потери. Вы избавились от риска спариться с самим собой или со своим идентичным близнецом (а таких вокруг много – заметим, что дрожжи обычно размножаются почкованием). Однако среди неродственных дрожжей ровно половина перестали быть для вас подходящими партнерами. Искать суженого стало вдвое сложнее. Но оно ведь того стоит: видимо, без перемешивания генов вам грозило вырождение, а близкородственные браки – путь к катастрофе?

Продолжим рассуждения на основе здравого смысла. Мы завели себе тип спаривания, но возникла проблема: спариваться можно теперь не со всеми своими соплеменниками, а только с половиной. Представим себе, что в такой двуполой популяции как-то возник третий тип спаривания. Он будет привлекать оба старых типа, так что проблема выбора партнера для него окажется значительно проще, чем для остальных. Налицо экономия ресурсов – не надо метаться в поисках подходящего партнера, – а стало быть, и эволюционный успех. Третий пол начнет распространяться, а за ним и четвертый, и пятый… Так можно объяснить, почему у многих грибов (а пекарские дрожжи – это как раз гриб-аскомицет, хоть и слегка странноватый, одноклеточный) типы спаривания устроены куда сложнее и многообразнее. Наши лесные боровики, а вместе с ними и огромное число других грибов из разных классов, избрали вариант «тетраполярного гетероталлизма», когда пол определяется не одним, а двумя генами (локусами), и если вы хотите с кем-то спариться, надо убедиться, что оба локуса партнера отличаются от ваших. При этом в каждом из локусов может быть много разных вариантов «гена типа спаривания». В результате в природных популяциях нередко до 98﹪ грибов одного вида оказываются друг для друга подходящими партнерами, притом что спаривание с братом-близнецом практически исключено.