Паразиты. Тайный мир - Циммер Карл (читаем книги .TXT) 📗
Но в гипотезе Черной Королевы есть свой парадокс. Речь в ней идет о необходимости бежать изо всех сил, чтобы только оставаться на месте, но не исключено, что именно она объясняет причины, позволившие эволюции сделать один принципиально важный шаг вперед: возможно, именно ей мы обязаны изобретением секса.
• • •
В начале 1980-х гг. Кертис Лайвли, находясь в Новой Зеландии, поймал себя на мыслях о сексе. Он только что получил степень доктора философии в области эволюционной биологии; темой его диссертации были рачки Калифорнийского залива. На квалификационном экзамене ему был задан необычный вопрос: «Почему эволюционная теория не может объяснить существование полов?» Кертис не знал на него ответа.
Вообще, это не тот вопрос, который люди привыкли задавать себе и другим.
— Если войти в аудиторию к студентам младших курсов и спросить: «Почему существуют самцы?»—на тебя посмотрят, как на сумасшедшего, — говорит Лайвли. — Скажут, что самцы необходимы для размножения и что в каждом поколении их рождается больше. Ну, может, для млекопитающих это и верно, но у многих видов все не так. Мысль о том, что какое-то существо может размножаться без самцов и вообще без секса, кажется им ошеломляющей. Большинство людей не представляет себе продолжение рода без секса.
Бактерия просто выбирает подходящий момент и делится пополам; многие одноклеточные эукариоты тоже могут это делать. Надо заметить, что многие растения и животные способны без проблем размножаться в одиночку. Даже среди тех видов, которые обычно размножаются половым путем, немало таких, кто может при желании переключиться на клонирование или бесполое размножение. Прогуливаясь по рощице из сотен трепещущих осин на горных склонах штата Колорадо, вы, возможно, увидите перед собой лишь клоны, выросшие не из семян, а из корней одного дерева, которое во множестве пускает новые побеги. Гермафродиты, такие как морской огурец или дождевой червь, снабжены и мужскими, и женскими половыми органами; они могут как оплодотворять себя сами, так и спариваться с другими червями. Некоторые виды ящериц состоят из одних самок: в процессе так называемого партеногенеза они каким-то образом запускают развитие своих неопло- дотворенных яиц. В сравнении с этими и другими неполовыми способами размножения секс представляется очень медленным и затратным. Сотня партеногенетических ящериц-самок может произвести на свет гораздо больше отпрысков, чем пятьдесят самцов и пятьдесят самок. Всего за пятьдесят поколений одна клонирующаяся ящерица могла бы обогнать по числу потомков миллион ящериц, размножающихся половым путем.
Когда Лайвли заинтересовался тайной секса, в науке было всего несколько гипотез, которые хоть как-то объясняли его существование. Самые распространенные из них были известны как гипотеза лотереи и гипотеза густо поросшего берега. Согласно гипотезе лотереи, половой способ размножения помогает выжить в нестабильных условиях. Так, линия клонов может неплохо жить в одном и том же лесу, но что если на месте этого леса через несколько столетий будет прерия? Половое размножение порождает вариации, которые, возможно, помогут виду выжить в изменившихся условиях.
С другой стороны, гипотеза густо поросшего берега утверждает, что при половом способе размножения детеныши лучше подготовлены к существованию в сложном мире. В любой среде — на приливной равнине, в лесной подстилке, возле глубоководных гидротермальных источников—пространство разделено на отдельные ниши, в которых для выживания требуются разные умения. Клон, приспособленный к существованию в одной нише, может породить отпрысков, способных жить только в этой нише. А половой способ размножения перемешивает карты в генетической колоде и сдает их потомству случайным образом.
— Речь здесь в основном о том, что потомство может распределиться по разным нишам и пользоваться разными ресурсами, —говорит Лайвли.—Братьям и сестрам придется меньше конкурировать друг с другом за пищу, и шансы матери стать бабушкой тоже вырастут. В теории эта гипотеза могла бы работать, но на практике это маловероятно. Чтобы она сработала, детеныши, получившие разные гены, должны были бы слишком сильно различаться. Тем не менее на тот момент это была доминирующая гипотеза происхождения полов.
Лайвли оказался в 1985 г. в Новой Зеландии потому, что его жена Линда Делф хотела изучать эволюционную биологию в Университете Кентербери. Лайвли получил там же место исследователя. Его интересовало, нельзя ли будет в Новой Зеландии проверить разные гипотезы происхождения полов. В эволюционной биологии идеи появляются быстро и легко, но часто оказываются совершенно непроверяемыми. Для проверки теорий происхождения полов Лайвли нужно было подобрать подходящие виды. Ясно было, что для подобных экспериментов необходима смесь половых и бесполых организмов. К примеру, у некоторых видов животных рядом с клонами живут самцы и самки. Другие виды являются гермафродитами и могут выбирать — оплодотворять свои яйца самостоятельно или спариться с другой особью. Только у подобных животных можно отслеживать эволюционные процессы поколение за поколением и сравнивать успехи половых и бесполых организмов.
— Если имеешь дело с видом, который размножается только половым путем, — говорит Лайвли, —трудно понять, какое эволюционное решение пошло бы на пользу асексуальным клонам, а какое нет. Но если в вашей системе присутствуют и те, и другие, появляется база для сравнения.
Он не мог проверить мысль о преобладании полового способа размножения, скажем, на людях, поскольку мы размножаемся исключительно таким образом. Не существует ни одного затерянного племени, где люди могли бы размножаться естественным клонированием. В нашей эволюционной линии состязание между половыми и бесполыми организмами закончилось сотни миллионов лет назад.
Лайвли повезло. В Новой Зеландии обитает улитка, которая точно подошла под все его требования. Улитка Potamopyrgus antipodarum размером в четверть дюйма населяет большую часть озер, рек и ручьев этой страны. Причем если большую часть ее популяций составляют идентичные клоны — продукт партеногенеза, то некоторые популяции состоят из мужских и женских форм, которые размножаются половым путем.
Лайвли решил проверить, влияет ли среда обитания улиток на способ размножения, которым они пользуются. Он рассудил так: в ручьях и небольших реках часто меняется уровень воды, тогда как озеро — спокойная и стабильная среда обитания. Согласно гипотезе лотереи, половой способ размножения больше нужен речным улиткам, ведь им нужно выживать в нестабильных условиях. А по гипотезе густо поросшего леса в озерах конкуренция выше и соответственно польза от распределения по разным нишам — больше, поэтому на самцов должен быть хороший спрос.
Лайвли поехал к высокогорным озерам и наловил там улиток. Чтобы определить пол, он ломал раковину, вскрывал улитку и искал за правым щупальцем пенис. Однако заглянув в первую же улитку, он был поражен — она была плотно набита чем-то, что показалось ему похожим на гигантские спермии.
— К несчастью для себя, я показал эти штуки одному из паразитологов в университете, и тот сказал: «Ты идиот. Это не спермии, а черви».
Тот паразитолог объяснил Лайвли, что это трематоды, которые кастрируют своих хозяев-улиток, размножаются в них, а затем перебираются в окончательного хозяина — утку. В одних местах, сказал он, улитки поражены трематодами, в других нет.
Но Лайвли без труда забыл пережитое унижение, поскольку сообразил, что паразиты позволят ему проверить третью гипотезу: предположение о том, что существованием полов мы обязаны паразитам. Мысль об этом высказывалась неоднократно разными учеными и в разных формах, но наиболее полно эту версию изложил в 1980 г. биолог Оксфордского университета Уильям Хэмилтон. Хэмилтон утверждал, что при столкновении с принципом Черной Королевы половой способ размножения лучше помогает хозяину противостоять паразитам, чем клонирование.
Рассмотрим стайку амеб, которые размножаются простым клонированием и разделены на десять генетически различных линий. Предположим, этих амеб поражает некая бактерия, и начинается гонка Черной Королевы. У бактерии есть собственные генетические линии, каждая из которых адаптирована к определенной линии хозяина. Численность самой распространенной разновидности амеб вскоре упадет под действием соответствующей разновидности паразита, и луч паразитического «прожектора» переместится на другую генетическую линию. Поскольку амебы размножаются клонированием, каждое новое их поколение будет точной копией предыдущего. Бактерии, раз за разом поражая все те же десять линий хозяина, со временем могут полностью уничтожить некоторые из них.
