Паразиты. Тайный мир - Циммер Карл (читаем книги .TXT) 📗
Теперь представим, что некоторые из этих амеб умеют размножаться половым путем. Самцы и самки делают копии своих генов и объединяют их, чтобы сформировать ДНК отпрыска; в процессе объединения гены перемешиваются. В результате отпрыск получается не точной копией своих родителей, а организмом с новой комбинацией тех же генов. Теперь паразитам будет гораздо сложнее охотиться на хозяев. Поскольку гены половых амеб смешиваются, четких линий среди них уже не будет, и паразитам станет труднее искать подход к каждому отдельному организму. Черная Королева по-прежнему заставляет сексуальные организмы бежать на месте, но у их отпрысков по крайней мере будет больше шансов не заразиться. Дополнительная защита, которую разнообразие дает половым амебам, может оказаться критическим фактором в их конкуренции с бесполыми.
Идея, конечно, красивая, но Лайвли, впервые прочитав об этом, не поверил.
— У меня и, мне кажется, у многих возникло впечатление, что эта мысль очень умная, но вряд ли имеет отношение к реальности. Дело, наверное, в том, что я никогда не занимался паразитами и вообще видел в мире мало паразитизма. А если вам нужен достаточно мощный фактор естественного отбора, это должно быть что-то серьезное, что производит сильный и очевидный эффект. Среди людей, в этой стране по крайней мере, такой эффект незаметен, а биологов, занимавшихся полевыми исследованиями, больше интересовали конкуренция и отношения хищник—жертва. У нас просто не было развитой традиции исследования паразитов.
Но факт состоит в том, что большинство животных, в том числе и улитки Лайвли, просто кишат паразитами. На всякий случай — а вдруг Хэмилтон все же прав! — Лайвли решил отмечать, заражены ли улитки в данном водоеме трематодами.
— Хэмилтон изложил теорию влияния паразитов в 1980, 1981 и 1982 гг., но никто пока не нашел системы, на которой эту теорию можно было бы проверить. Я не знал, что наткнулся именно на такую систему, пока не начал вскрывать своих улиток. Тогда я понял, что смогу проверить мысль Хэмилтона, но, если бы речь шла о вирусах, я бы их просто не заметил. Здесь-то у нас здоровенные плавающие черви, которых запросто можно увидеть под обычным микроскопом.
Лайвли не потребовалось много времени, чтобы обнаружить явные закономерности. Озерные улитки были поражены трематодами заметно сильнее, чем речные, и именно в озерах было больше всего самцов. Причем чем больше паразитов было в том или ином озере, тем чаще там встречались самцы. Единственной гипотезой, логично объяснявшей все три закономерности, была гипотеза Черной Королевы: там, где много паразитов, возникает сильное эволюционное давление в пользу полового размножения.
— Когда у меня собралась примерно половина всех данных, которые я позже опубликовал, я подумал: «Ух ты, это похоже на тенденцию». Поэтому я собрал как можно больше данных, чтобы посмотреть, не исчезнет ли она. Тенденция не исчезла. Сколько озер я ни добавлял к своей схеме, ничего не менялось. Ситуация явно не сводилась к паре случайных озер с необычно высоким уровнем полового размножения и столь же необычно высокой инфицированностью.
Лайвли опубликовал первые результаты по новозеландским улиткам в 1987 г. С тех пор половое размножение стало основной темой его исследований. Он проверил гипотезу Черной Королевы в еще нескольких экспериментах и нашел дополнительные свидетельства в ее пользу. В 1994 г., к примеру, он вместе со своим молодым сотрудником Юккой Йокелом съездил на озеро Александрина на Южном острове Новой Зеландии. Там они собирали улиток как в глубокой части озера, так и на мелководье. На мелководье улитки живут рядом с утками — окончательным хозяином трематод, и здесь же утки роняют яйца паразитов. Яиц этих здесь очень много, поэтому на мелководье заметно больше инфицированных улиток, чем на глубоких местах. Лайвли и Йокела выяснили, что мужских особей на мелководье тоже больше, чем на глубине, вероятно, в результате давления паразитов. Оказалось, что увидеть, как паразиты определяют половую жизнь своих хозяев, можно даже в пределах одного озера.
Одновременно Лайвли следил за тем, как другие биологи находят доказательства в пользу гипотезы Черной Королевы на материале иных видов. В Нигерии обитает улитка Bulinus truncatus — один из видов, переносчиков кровавых сосальщиков, вызывающих шистосомоз. Эта улитка ведет еще более необычную половую жизнь, чем новозеландская улитка Лайвли. Каждая особь здесь — гермафродит, у каждой есть мужские и женские половые железы, при помощи которых она может оплодотворять собственные яйца и производить клонов. Но некоторые улитки снабжены еще и пенисом и могут использовать его для спаривания с другими особями.
Как и в случае с новозеландскими улитками, для нигерийских половой способ размножения на первый взгляд представляется пустой — и немалой — тратой сил и энергии: зачем формировать пенис и спариваться, если можно просто оплодотворить собственные яйца. И точно так же, как в Новой Зеландии, именно паразиты делают этот процесс желательным, если не необходимым. По данным паразитолога Стефани Шраг, каждый год у улиток случается сезон пенисов. Температура воды в Нигерии в декабре-январе опускается до минимума, и улитки используют это как сигнал к производству особей, снабженных пенисами, т. е. улиток, способных спариваться с другими улитками. Поскольку число таких улиток резко возрастает, возрастает и доля потомства, произведенного половым путем, а значит, ДНК перемешивается сильнее и в следующем поколении наблюдается больше вариантов. Улитки становятся взрослыми примерно через три месяца, так что поколение, полученное половым путем, входит в возраст в марте — июне. Надо заметить, что именно в марте — июне в северной Нигерии наблюдается сезон паразитов. Получается, что улитки заранее, за несколько месяцев, начинают готовиться к ежегодной атаке паразитов.
Самые неожиданные данные о влиянии эффекта Черной Королевы на половую жизнь, как ни странно, были получены от самих паразитов. Как и хозяева, многие паразиты способны размножаться половым путем, и в 1997 г. шотландские ученые задались вопросом, зачем им это нужно. Как и Лайвли, они выбрали вид, способный размножаться как половым, так и бесполым путем — Strongyloides ratti, вид нематод, обитающий, как следует из названия, в крысах. Самки, живущие в кишечнике крыс, откладывают яйца без всякой помощи со стороны самцов. Как только яйца покидают тело крысы, из них вылупляются личинки двух возможных форм.
Одна из форм — исключительно самки, которые тут же начинают искать подходящую крысу, чтобы проникнуть в нее. Такая личинка вгрызается в кожу крысы и далее незаметно скользит под ней, пока не доберется до носа зверька. Там она находит нервные окончания, при помощи которых крыса ощущает запахи, и следует по ним прямо в мозг. Оттуда паразит— никто точно не знает, каким образом и маршрутом, — перебирается в кишечник крысы и начинает производить новых самок-клонов.
Другая форма личинок нематоды вылупляется из яиц в почве, где и остается. Повзрослев, такие личинки превращаются не только в самок, но и в самцов и начинают размножаться половым путем. Самки откладывают оплодотворенные яйца, из которых рождается новое поколение червей, способных проникнуть в крысиную кожу и в конце концов поселиться в кишечнике зверька. Иными словами, жизненный цикл Strongyloides может быть полным как с половым сношением, так и без него.
Шотландские ученые решили проверить, скажутся ли изменения в иммунной системе крысы на том, какой способ размножения выберет паразит. Они заразили крыс Strongyloides, и те сформировали иммунный ответ на паразита. Затем крысам вкололи противоглистный препарат, очистив таким образом их организм от паразитов и подготовив к отражению повторной атаки. Когда ученые вновь инфицировали крыс, и новые нематоды начали откладывать яйца, из них вылупились в основном половые формы. В другом эксперименте ученые, наоборот, подавили иммунную систему крыс излучением, а затем заразили их Strongyloides. Оказалось, что теперь паразиты размножались больше клонированием, чем половым путем.
