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

Что же произойдет дальше? Возможно, один из генов-регуляторов все-таки окажется главнее и постепенно возьмет под свой контроль всю остальную механику полового размножения. А может произойти так, что эти гены случайно окажутся на хромосоме рядышком, так чтобы между ними никогда не происходила рекомбинация. В обоих случаях результат будет один: больше никакой многополярности. Полов отныне будет всего два, и без глупостей. Все ключи у вахтера.

Чем природе, то есть естественному отбору, мог бы понравиться такой вариант? Мы ведь сказали, что у множества полов есть прекрасное свойство: выбор партнера не составляет никакого труда, спаривайся (почти) с кем угодно. Это, конечно, так, но жизнь не стоит на месте. Как только появилась специализация полов – а она, как мы видим, появляется даже в простейшем варианте, у дрожжей с двумя типами спаривания, – в новых полах уже нет никакого смысла. Вам все равно придется выбрать одну из двух стратегий, поскольку именно поляризация стратегий дает максимальный эффект. То есть можно называть себя кем хочешь, но способов действия всего два. Такой момент действительно наступает в жизни некоторых живых существ: так, грибку криптококку, занявшемуся паразитированием, пришлось менять механизм определения пола с тетраполярного на биполярный практически на глазах у ученых. Он имел шанс на собственном опыте убедиться, что, когда ты живешь в сложных условиях и тебя все ненавидят за то, что ты паразит, два пола – это гораздо практичнее.

Могу себе представить, как читателя утомили все эти грибки: что ж, будем ближе к людям. У людей «тип спаривания», то есть, извините, уже самый настоящий пол, определяется половой хромосомой: гены, от которых это зависит, действительно собрались поближе друг к другу, держатся вместе и не перетасовываются с другими, как и предсказывают упомянутые выше Зина Хадживасилиу и Эндрю Помянковски. Кроме того – мы обсудим это чуть позже, – гены, определяющие различия полов, оказались у млекопитающих под контролем единственного транскрипционного регулятора. Но значит ли это, что наш пол произошел от типов спаривания у дрожжей и грибов, или это совершенно разные истории, а сходство между ними внешнее?

Есть свидетельства, что сходство не случайно и «пол» действительно почти то же самое, что и «тип спаривания». Есть среди зеленых водорослей забавное существо по имени вольвокс – простой шарик из клеток, относящийся к порядку хламидомонадовые. Вольвокс умеет размножаться с помощью секса, при этом производит спермии и яйцеклетки, в точности как уважаемые читатели. Его ближайший родственник – одноклеточная водоросль хламидомонада, которая и дала название порядку. Заметим, что водоросли – одна из самых разнообразных групп организмов на Земле, общий предок которых, возможно, является по совместительству и общим предком вообще всей сложной жизни на планете. Для двух водорослей принадлежать к одному порядку (даже не классу) – это значит быть самыми близкими родственниками. И вот хламидомонада, в отличие от вольвокса, никаких спермиев и яйцеклеток не делает – она вопиюще изогамна. При этом у нее есть типы спаривания. Оказывается, однако, что механизм определения этого самого типа спаривания не так уж сильно отличается от механизма определения пола у вольвокса. Отвечающие за это транскрипционные регуляторы явно произошли от общего предка, притом не так уж давно.

Каких доказательств вам еще надо? Тип спаривания у всяких примитивных существ вроде грибков или дрожжей – прямой предшественник пола, как его понимаем мы с вами, а также другие животные, растения и вся огромная земная биосфера. Самое время перейти к этим самым настоящим двум полам.

Кнорре Д. Модельные организмы: грибы. См.: https://biomolecula.ru/articles/modelnye-organizmy-griby

Anders A., Colin R., Banderas A., Sourjik V. Asymmetric Mating Behavior of Isogamous Budding Yeast. Science Advances. 2021. 7(24): eabf8404

Clark J., Haskins E. F. Reproductive Systems in the Myxomycetes: A Review. Mycosphere. 2010. 1(4): 337–353.

Geng S., De Hoff P., Umen J. G. Evolution of Sexes from an Ancestral Mating-Type Specification Pathway. PLoS Biology. 2014. 12(7): e1001904

Goodenough U., Heitman J. Origins of Eukaryotic Sexual Reproduction. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2014. 6(3): a016154

Hadjivasiliou Z., Pomiankowski A. Evolution of Asymmetric Gamete Signaling and Suppressed Recombination at the Mating Type Locus. ELife. 2019. Aug. 29. 8: e48239.

Hanson S. J., Wolfe K. H. An Evolutionary Perspective on Yeast Mating-Type Switching. Genetics. 2017. 206(1): 9–32.

Hsueh Y. P., Fraser J. A., Heitman J. Transitions in Sexuality: Recapitulation of an Ancestral Tri- and Tetrapolar Mating System in Cryptococcus Neoformans. Eukaryotic Cell. 2008. 7(10): 1847–1855.

Ruderfer D. M., Pratt S. C., Seidel H. S., Kruglyak L. Population Genomic Analysis of Outcrossing and Recombination in Yeast. Nature Genetics. 2006. 38(9): 1077–1081.

Rusche L. N. Mobile DNAs and Switching Mating Types in Yeast. ELife. 2020. Jun 9. 9: e58403.

Глава тринадцатая, в которой автор почти забывает, о чем шла речь

Анизогамия как ЭСС

Итак, в предыдущей главе представлена одна из версий событий, которые привели к возникновению двух полов. Там все вроде бы очень логично, но кто-то может ощутить разочарование: в этой истории не оказалось места гендерному неравенству, сексизму, непримиримому конфликту, эгоизму и коварному манипулированию, которые так украшают большинство научно-популярных рассказов о происхождении пола. Придется нам срочно исправлять ситуацию и рассмотреть все эти захватывающие предметы (сохраняя, конечно, критическое отношение к прочитанному).

Сухой остаток двенадцатой главы таков: изогамия нестабильна, не говоря уже о гомоталлизме. Она так и норовит скатиться к разделению на мальчиков и девочек, со всеми вытекающими сложностями. Пофантазируем, как гипотетическая водоросль вроде хламидомонады, которая уже открыла для себя два типа спаривания, могла бы совершить решающий рывок к настоящей двуполости, как у ее родственника вольвокса. Итак, вначале мы производим одинаковые гаметы. Возможно, они различаются типом спаривания и тонкими нюансами поведения, как у дрожжей, но пока все выглядит вполне невинно. Но, наверное, между этими гаметами есть изменчивость по размеру – одни чуть крупнее, другие чуть мельче. Если один из типов спаривания склонен к более активному поиску партнера, у него преимущество получат более мелкие гаметы – просто потому, что они активнее движутся. Чтобы суммарный запас всего полезного в зиготе остался без изменений, им придется сливаться с теми клетками противоположного типа, которые случайно выросли покрупнее. Те, в свою очередь, тоже получают преимущества. Заметим, что в проигрыше оказываются те, кто сохраняет гендерное равенство: гаметы среднего размера не могут слиться с самыми маленькими представителями противоположного типа и проиграют соревнование в поиске самых крупных.

Начинается лавинообразный процесс: одному типу гамет выгоднее становится все крупнее и, как следствие, инертнее, а другому – пожертвовать размером ради прыткости. В конечном итоге мы придем к тому варианту, который был рассмотрен в одиннадцатой главе: один пол сидит у окошка и ждет суженого, коротая время за шитьем распашонок для будущего потомства. Второй пол носится как ошпаренный в поисках любви, но ничего полезного в дом не приносит. Заметьте, сейчас мы пришли к этому уже не как к идеальному варианту, обеспечивающему максимальную гармонию в природе, а как к реальному результату процесса, в котором каждый маленький шажок приносит пользу тому, кто этот шажок решился сделать. То есть мы наконец-то начали мыслить эволюционно.

Но посмотрим на все это под другим углом: вместо счастливой популяции равных друг другу существ мы получили разделение на тех, кто должен накапливать ресурсы для потомства, и тех, кому это не нужно, – они просто спариваются с самыми домовитыми представителями первого типа и тем самым обеспечивают своим генам место в следующем поколении. Если считать все это игрой, то на сцене появляются шулеры – или, если угодно, можно сравнить их с паразитами, использующими ресурсы здоровых организмов ради собственной выгоды. С этого момента та часть популяции, которая не поддалась соблазну легкой жизни, почувствует всю тяжесть пресловутой «двойной цены»[6]: в их потомстве, для которого они старательно накопили ресурсы, теперь половина генов вовсе не их, а этих коварных тунеядцев.