Книга: Каждой твари – по паре: Секс ради выживания

12. Тестикулы Евы

12. Тестикулы Евы

Почему мир разделился на мужчин и женщин? Что было раньше? Почему у большинства видов имеется лишь два пола? Когда имеет смысл быть одновременно и мужчиной, и женщиной? В каких случаях следует менять пол? Что делает мальчика мальчиком, а девочку девочкой? Вот вам некоторые гендерные исследования – совсем не те, к которым вы привыкли.

Тринадцать полов? Бедняжка, тебя обманули: у вашего вида их больше 500! Но не стоит отчаиваться: собирать представителей каждого из них не придется. Мне кажется, тебе просто необходим небольшой урок, посвященный жизни слизевиков.

Начнем с начала: что такое слизевик? Большинство людей, наступив на тебя на каком-нибудь гниющем бревне, примут тебя за сгнивший желтый гриб. Однако это очень далеко от истины. Слизевик – это отдельный мир, имеющий лишь косвенное отношение к животным, овощам или грибам. Существует два типа слизевиков: ты принадлежишь к тому, который известен как настоящий слизевик. Взрослая особь этого вида – это одна огромная клетка, легко заметная невооруженному глазу. Однако если обычная клетка состоит из ядра и окружающей его лужицы цитоплазмы, слизевик – это огромная масса цитоплазмы с плавающими в ней миллионами ядер. Этот организм расползается во все стороны, жадно пожирая микробов, встретившихся на пути. Он не вступает в сексуальные отношения – а значит, ему не нужен партнер. Когда приходит время размножаться, он вырастает в плодовое тело на ножке, похожее на тонкий блестящий леденец. Плодовое тело выбрасывает в воздух споры, как цветок – пыльцу, и эти споры превращаются в половые клетки.

Что такое половые клетки? Тут нет никакой тайны. Половые клетки несут один комплект твоих генов. У этих клеток три основные задачи: найти подходящую половую клетку того же вида, распознать ее и слиться с ней воедино. Какая же клетка будет для нее подходящей? Клетка другого пола.

Теперь ты понимаешь, что пол у вас определяет лишь то, у кого с кем может быть потомство. Или, если быть более точной, чьи половые клетки окажутся совместимыми друг с другом. А вот у животных существует два вида половых клеток – крупные (яйцеклетки) и мелкие (сперматозоиды). Самки и самцы производят лишь по одному типу, гермафродиты способны создавать оба. Разумеется, два сперматозоида неспособны, соединившись, образовать один эмбрион, равно как и две яйцеклетки. Единственный возможный вариант – один сперматозоид, одна яйцеклетка.

Однако у слизевиков картина совершенно иная. Подобно обычным морским и зеленым водорослям, диатомеям – крошечным водорослям, способным создавать прекрасные симметричные скорлупки, – а также другим, самым удивительным созданиям природы, слизевик производит половые клетки одного-единственного размера. Это называется изогамией. Когда размер не имеет значения, пол определяется другими параметрами половых клеток. В принципе, такой параметр может быть любым: к примеру, пол может определяться присутствием или отсутствием определенного химического вещества на поверхности клетки. Увы, в вашем случае все не так однозначно.

Пол у слизевиков определяется тремя генами, известными как matА, matВ и matС. Каждый из них имеет несколько разновидностей: так, у каждого из генов matA и matВ их насчитывается по тринадцать (наверное, отсюда берет начало твое в корне неверное предположение о тринадцати полах), а у matС – три. При этом не забывай: как взрослый слизевик ты имеешь по две копии каждого гена. Предположим, у тебя есть 1-й и 3-й варианты matА, 2-й и 4-й варианты matВ и 1-й и 3-й варианты matС. Когда ты превратишься в блестящий леденец и начнешь вырабатывать половые клетки, каждая из них получит определенный комплект генов – по одному из групп matA, matB и matС. При этом каждая клетка может получить любую комбинацию имеющихся у тебя вариантов: в одной окажутся гены matA1, matB2 и matC1, в другой – matA3, matB2 и matC1 – словом, ты меня понял. Таким образом, ты как индивидуальный представитель слизевиков способен производить половые клетки восьми разновидностей, то есть содержащие любую возможную комбинацию твоих А, В и С. Если захочешь произвести впечатление, можешь называть себя восьмиполым существом. Разумеется, у других представителей твоего вида, живущих в ваших лесах, могут оказаться другие комбинации различных вариантов генов. Подсчитав число возможных комбинаций тринадцати вариантов matA, тринадцати вариантов matB и трех вариантов matC, ты получишь число, превышающее пять сотен. (Поскольку, вполне возможно, существуют и другие, еще не открытые варианты ваших генов, общее число полов у вашего вида может оказаться еще больше.)

Когда ты выпустишь свои половые клетки в большой мир, их задачей станет найти подходящего партнера и слиться с ним. (Кстати, половые клетки слизевиков обладают независимостью, они могут даже самостоятельно питаться – представьте себе сперматозоид, остановившийся, чтобы перекусить!) Подходящим при этом окажется партнер, у которого вариации всех трех генов окажутся отличными от твоих. Клетка, содержащая гены matA1, matB2 и matC1, может слиться с клеткой с набором matA12, matB13 и matC3, а вот та, что содержит matA13, matB2 и matC3, для нее не подойдет. Запутанно, правда?

И все равно, ваша система размножения не такая уж странная. Даже наоборот. Теоретики утверждают, что изогамным организмам следует иметь множество полов, а странным можно считать как раз наличие только двух. Сейчас объясню, в чем тут дело. Представь себе мир глазами половой клетки. Вообрази популяцию без полового разделения, где каждая половая клетка способна слиться с любой другой. В такой популяции найти партнера проще простого. Однако есть и проблема. При отсутствии полов невозможно предотвратить близкородственные скрещивания, в этом случае легко могут соединиться клетки, произошедшие от одного и того же родителя.

Теперь представь себе популяцию, состоящую из множества полов. Чем их число больше, тем легче найти подходящего партнера для размножения и в то же время проще избежать инцеста: родственные половые клетки получают минимальные шансы слиться воедино. (В случае со слизевиками для каждой из клеток подойдет лишь одна восьмая из ее товарок.) Другими словами, большое число полов упрощает поиск партнера, в то же время помогая избежать инбридинга.

Как же перейти от отсутствия полов к сотням? Первый шаг – переход от нуля к двум – действительно может быть сложным, и объяснения этого процесса весьма противоречивы. (Но, поскольку мы знаем, что подобное происходило неоднократно, переход на самом деле не должен быть таким уж сложным.) А после того как барьер преодолен, обзавестись более чем двумя полами не просто, а очень просто. Подумайте: если некий индивидуум начнет вырабатывать половые клетки третьего пола, они будут подходящими для обоих «традиционных» полов (хотя и не подойдут для собственного). Поначалу новый пол имеет преимущество, поскольку его представители могут спариваться с б?льшим числом партнеров, чем другие. Гены нового пола начнут распространяться, пока в популяции не установится равенство, при котором все три пола будут представлены в равной пропорции. Если вдруг объявятся представители четвертого пола, процесс повторится. Поскольку поначалу представители нового пола всегда имеют преимущество, число полов будет постепенно расти.

И тем не менее, как ты правильно заметил, у большинства изогамных организмов только два пола – чудовищно неудобно с точки зрения поиска партнера. Однако сформулируем это иначе: появление большого числа полов в результате эволюции не так сложно и обеспечивает заметные преимущества; тем не менее большинство изогамных организмов почему-то обходится лишь двумя (хотя и не мужским и женским). Это заставляет предположить, что здесь действуют какие-то другие силы, строго ограничивающие число полов у изогамных видов. Что же это за силы? И почему они не повлияли на слизевиков?

Никто не знает доподлинно, каков ограничивающий фактор. Наиболее вероятно, что это связано с необходимостью контролировать случайные генетические элементы в цитоплазме. Дело в том, что, помимо обычных генов, находящихся в ядрах клеток, большинство организмов обладают и другими генетическими элементами – к примеру, митохондриями или хлоропластами. (Хлоропласты имеются в клетках растений и зеленых водорослей и занимаются переработкой солнечной энергии. Митохондрии обнаруживаются практически во всех клетках, за исключением бактерий, и отвечают за метаболизм углеродных соединений.) Эти элементы содержатся в клеточной цитоплазме, иногда в огромных количествах. Их считают остатками бактерий, бывших когда-то самостоятельными организмами. Когда-то, в далекой древности, эти бактерии поселились в примитивных клетках, предоставляя им энергию за возможность пользоваться убежищем. Со временем они потеряли способность к самостоятельному существованию. У них сохранилось лишь несколько генов – так называемый остаточный геном. Однако, как вы понимаете, остатки тоже могут вызвать проблемы.

Неприятности, скорее всего, возникнут, если митохондрии и хлоропласты будут наследоваться от обоих родителей. Такие митохондрии (или другие подобные образования) могут конкурировать друг с другом каким-нибудь вредным для организма способом. К примеру, митохондрии от одного из родителей могут попытаться изгнать своих конкурентов из половых клеток, а в результате и те и другие окажутся менее эффективными в своем главном деле – метаболизме. Самый простой способ избежать этого – обеспечить такой порядок вещей, при котором митохондрии (и хлоропласты, у кого они есть) наследуются только от одного из родителей.

Почему число полов при этом должно быть ограничено двумя? Суть в том, что, поскольку контроль над наследованием этих элементов чрезвычайно важен, самый простой способ их контролировать – сделать так, чтобы один из полов всегда передавал их потомкам, а другой никогда не делал этого. У целого ряда изогамных организмов есть механизм, отвечающий за то, чтобы эти элементы всегда передавались лишь от одного из родителей. К примеру, зеленые водоросли Chlamydomonas reinhardtii имеют половые клетки двух типов – «плюс» и «минус». Клетки типа «плюс» передают потомству хлоропласты, клетки типа «минус» – митохондрии.

Есть еще одно косвенное доказательство того, что число полов ограничивается именно необходимостью контроля хлоропластов и митохондрий. Существует две группы организмов – грибы и одноклеточные инфузории, – которые размножаются не с помощью половых клеток, а путем обмена половинками клеточных ядер. (Эта система обладает удивительной способностью делать вас генетически идентичным с абсолютно посторонним существом – вас двое, и вы одинаковы, как однояйцовые близнецы.) Важно, что при подобном способе не происходит слияния цитоплазмы и этим видам не приходится регулировать наследование митохондрий. Не удивительно, что число полов у этих видов стремится практически к бесконечности: так, у Schizophillum commune, розоватого бахромчатого гриба, растущего на стволах деревьев, насчитывается не менее 20 тысяч полов.

Итак, теперь ты понимаешь: исключительность слизевика вовсе не в избытке полов, а в том, что, имея большое их число, вы все-таки получаете цитоплазму от обоих родителей. Как у вас это получается? Быть может, ваши митохондрии лучше воспитаны, чем у других видов? Нет. Разгадка в том, что они все-таки наследуются лишь от одного из родителей. Ген matА контролирует передачу митохондрий от родителей. Существует целая иерархия вариантов: так, при слиянии клеток с вариантами генов matA12 и matA2 будут уничтожены митохондрии, полученные с matA12, а при слиянии matA12 и matA1 пойдут под нож митохондрии последнего. Я понимаю, почему столь сложная система встречается так редко: попробуй заставить ее заработать! И поэтому я аплодирую слизевику, у которого это все-таки получилось.