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

Ход его рассуждений таков: сколько бы ни было в популяции самцов и самок, в каждом спаривании участвуют ровно двое и каждый вносит в каждого из потомков ровно половину генов. Это значит, что следующее поколение наследует ровно половину генов от самцов, а половину от самок. Вообразим семейную пару, которая решает, сколько ей родить мальчиков и сколько девочек. Если все мальчики в следующем поколении найдут себе девочек и заведут с ними детишек, ответ понятен: кого ни рожай, на числе внуков это никак не отразится. Но что, если лишь каждый десятый мальчик продолжит свой род? Тогда, конечно, бо́льшая часть рожденных мальчиков – это проигранные ставки, зато на того единственного, кому все-таки улыбнется удача, придется десятикратный выигрыш. Шансы и размер выигрыша всегда точно уравновешены просто в силу того факта, что в поколении внуков всегда будет поровну генов сыновей и дочерей, поскольку в каждом скрещивании эти гены соединяются в соотношении 1: 1. Таким образом, ответ – рожай сыновей и дочерей поровну и доверься теории вероятностей.

Концепция эволюционно стабильных стратегий учит нас рассматривать небольшие отклонения от выбранной стратегии, так мы и поступим. Рассмотрим ситуацию, когда в силу моды или генетической мутации в каком-то поколении дочерей родилось больше, чем сыновей. Тогда потенциальный выигрыш на каждого рожденного сына увеличивается – возможно, чуть больше парней обзаведутся гаремами, и даже самым никчемным может достаться какая-то легкомысленная неучтенная девочка. А значит, рожать сыновей становится выгоднее, и любая мутация, возвращающая соотношение полов к равновесию, будет поддержана отбором. Таким образом, соотношение полов стремится к равновесию 1: 1, какой бы нелепостью это ни казалось морским слонам.

Заметим, что эти рассуждения Рональда Фишера справедливы только в том случае, если родительский вклад в сыновей и дочерей одинаков. Если, скажем, воспитание дочери обходится вдвое дороже, та же логика требует, чтобы дочерей рождалось вдвое меньше: именно при таком соотношении генетический выигрыш родителей в поколении внуков будет максимальным.

Дело за малым: природе надо придумать какой-то механизм, обеспечивающий это самое выгодное соотношение полов в потомстве. Таких механизмов, надо сказать, природа придумала немало. Наверное, один из самых изысканных и гибких – это когда организм матери сам определяет, сколько самцов и самок ему родить. Этого легко достичь у тех видов, где, к примеру, самцы рождаются из неоплодотворенных яиц, а самки – из оплодотворенных. Самке остается просто решить, оплодотворять ей яйца или нет. Некоторые пользуются этим приемом с большой фантазией: так, самка пальмового короеда, найдя для себя постоянное место жительства, для начала откладывает неоплодотворенные яйца, из которых вылупляются самцы. Затем она спаривается с ними (да-да, со своими кровиночками!) и тогда уже производит из оплодотворенных яиц новых самок, хотя при этом опять оставляет некоторое количество яиц неоплодотворенными, чтобы у ее дочек тоже были кавалеры, а если повезет, то и чужих дочек удастся оприходовать.

Другой вариант – просто положиться на статистику. В роли рулетки здесь можно использовать явления природы – к примеру, температуру окружающей среды. У миссисипского аллигатора самцы появляются, если температура песка, в котором лежат яйца, превысит 33,5 оС. Ниже 32 градусов – рождаются одни девочки, промежуточная температура – появляются и те и другие. При этом обычно аллигаторы делают свои гнезда в прибрежном песке, так что одна половина гнезда обращена к воде, а вторая находится выше по склону. Таким образом, температура в пределах одной кладки как раз и меняется в требуемом диапазоне, чем достигается желаемое соотношение полов.

Но если нам нужно соблюсти точное соотношение 1: 1, здесь природа предусмотрела идеальный механизм, которым сама же охотно воспользовалась. Я имею в виду законы Менделя. У диплоидного организма ровно половина гамет несут отцовский аллель, а половина – материнский, и, если вы хотите ровнехонько поделить свое потомство пополам, вот вам и инструмент. Эволюция, кажется, возвращалась к этому трюку множество раз, и это именно то, что называется половыми хромосомами.

Половые хромосомы были открыты в 1905 году, и надо же было такому случиться, чтобы с этим открытием был связан один из самых неприглядных сексистских скандалов в истории биологии. Главная роль в сюжете принадлежит Нетти Стивенс (1861–1912). Ее история, ослепительно прекрасная и ужасно печальная, начиналась как американская мечта: дочь плотника из штата Вермонт получила степень в Стэнфорде и стала одной из немногих в те годы женщин-ученых. Нетти занялась преподаванием, а затем вернулась к исследованиям в колледже Брин-Мор, что в Пенсильвании, где как раз разворачивал свою деятельность Томас Хант Морган.

Морган – тот самый ученый, имя которого увековечено во второй половине слова «вейсманизм-морганизм». Об Августе Вейсмане мы говорили в начале нашего повествования, и именно он связал дарвиновские идеи естественного отбора с первыми, еще весьма туманными представлениями о генах. А Томас Морган перебросил следующий мостик – от таинственных генов, аллелей и прочей полумистической кухни, о которой расплывчато рассуждали тогдашние немногочисленные генетики, к реальным, видимым в микроскоп хромосомам.

Томас Морган пришел в Брин-Мор по приглашению тогдашнего декана факультета, профессора Эдмунда Бичера Уилсона (1856–1939). Уилсон был, как сейчас говорят, цитологом, то есть ему нравилось рассматривать клетки в микроскоп. Для этого клетки обычно окрашивают, и к тому времени уже три десятилетия было известно, что некоторые анилиновые красители особенно хорошо окрашивают в ядре клетки некие тельца, которые за это были прозваны хромосомами. К моменту прихода Нетти Стивенс в Брин-Мор Уилсон уже постепенно отходил от административной работы, сосредоточившись на науке, а тридцатипятилетний Морган вел дела факультета, с энтузиазмом продолжая заданную Уилсоном тематику исследований. Этими исследованиями занялась и Нетти. Она была на пять лет старше Моргана, но в начале ХХ столетия место женщины в мужском, и особенно научном, мире было достаточно жестко фиксировано, и субординация не ставилась под сомнение.

Для тех, кто никогда не погружался в научные будни, нет ничего скучнее факультетских интриг (а для тех, кто погружался, нет ничего отвратительнее). Но надо потерпеть, потому что сейчас речь идет об исторической правде. Сложно оценить вклад Нетти Стивенс в деятельность бринморского факультета: в лаборатории не всегда понятно, кто и что именно предложил первым. К примеру, Морган вошел в историю как ученый, который привел в генетику плодовую мушку по имени Drosophila melanogaster. Кстати, ее имя означает «черножелудочный любитель росы», хотя характерное потемнение на брюшке самцов мухи – это на самом деле вовсе не желудок. Так вот, более или менее достоверно известно, что на самом деле первую дрозофилу принесла в лабораторию Моргана именно Нетти Стивенс.

А еще Нетти Стивенс окрашивала клетки мучного хрущака, рассматривая отличие мужских клеток от женских. В то время Х-хромосома уже была отмечена исследователями за свою странность: она как будто бы не участвовала в мейозе. Ее первооткрыватель, немецкий зоолог и цитолог Герман Хенкинг (1858–1942), вообще не был уверен, хромосома ли это, и назвал ее «Х-элементом». А Стивенс обнаружила в мужских клетках предполагаемую пару этой странной хромосомы и назвала ее следующей по алфавиту буквой Y. И не просто назвала, а высказала гипотезу о том, как эти две хромосомы, на первый взгляд непохожие, образуют особую пару, способную определять пол организма.

Кстати, вопреки распространенному представлению, названия Х и Y не имеют никакого отношения к тому, как эти хромосомы выглядят в современных учебниках. В те годы исследователи видели в свои микроскопы лишь расплывчатые кляксочки. То, что Х-хромосома похожа на наших картинках на косой крестик, а Y – на букву V или Λ, просто совпадение.