Книга: Эволюция: Неопровержимые доказательства

Зачем нужен секс?

Зачем нужен секс?

Почему появилось половое размножение – это, в сущности, одна из величайших тайн эволюции. По сравнению с особью, размножающейся бесполым путем, любая особь, которая размножается половым путем, т. е. производит яйцеклетки или сперматозоиды, содержащие лишь половину ее генов, вкладывает 50 % своего генетического материала в следующее поколение. Давайте посмотрим на это так. Предположим, что у людей был бы ген, исходная форма которого вела к половому размножению, но мутантная форма позволяла бы женской особи размножаться партеногенезом, производя яйца, которые развивались бы без оплодотворения. (Некоторые животные на самом деле размножаются таким образом: партеногенез наблюдается у тли, рыб и ящериц.) У первой женщины-мутанта были бы только дочери, которые, в свою очередь, произвели бы на свете новых дочерей. И, наоборот, нормальной женщине, размножающейся половым путем, пришлось бы спариваться с мужчинами, производя на свет и дочерей, и сыновей. По мере того как в группе женщин становилось бы все больше мутантов, которые производят только дочерей, доля женщин в популяции быстро превысила бы 50 %. В конечном итоге все женщины появились бы на свет от матерей, размножающихся партеногенезом. Мужчины стали бы лишними и исчезли: никому из мутировавших женщин не потребовалось бы с ними спариваться и все женщины производили бы на свет только женских особей. Ген партеногенеза победил бы ген, отвечающий за половое размножение. Теоретически можно показать, что в каждом поколении «бесполый» ген производил бы в два раза больше копий самого себя по сравнению с исходным «половым» геном. Биологи называют такую ситуацию двойной ценой самцов. Подразумевается, что под влиянием естественного отбора гены партеногенеза распространились бы очень быстро, вытеснив и уничтожив половое размножение.

Однако этого не произошло. Подавляющее большинство земных биологических видов размножается половым путем, и эта форма воспроизводства остается в ходу уже больше миллиарда лет{33}. Почему двойная цена полового размножения не привела к его замене партеногенезом? Ясно, что у полового размножения должны быть какие-то крупные эволюционные преимущества, которые перевешивают его цену. Хотя до сих пор не удалось точно определить, что это за преимущества, теорий на эту тему предостаточно. Возможно, ключ в случайной перетасовке генов, которая происходит во время полового размножения и порождает новые генетические комбинации у потомства. Сведя воедино у одной особи несколько благоприятных генов, половое размножение, возможно, способствует ускорению эволюции и помогает ей справиться с постоянно меняющимися условиями окружающей среды. Так паразиты постоянно эволюционируют, чтобы побороть наши эволюционирующие защитные механизмы. Или, возможно, половое размножение избавляет биологические виды от плохих генов, которые комбинируются в одной очень ущербной особи, в эдаком генетическом козле отпущения. Тем не менее биологи до сих пор задаются вопросом, есть ли какое-то известное преимущество, которое перевешивало бы двойную цену полового размножения.

Однако, коль скоро половое размножение появилось, за ним неизбежно следует половой отбор при условии, что мы сумеем объяснить еще два пункта. Первый: почему существует только два (а не три и более) пола, которые должны спариваться и комбинировать свои гены, чтобы произвести потомство? Второй: почему у этих двух полов разное количество гамет и эти гаметы имеют разные размеры (самцы производят много маленьких сперматозоидов, а самки – более крупные яйцеклетки, но в меньших количествах)? Вопрос о количестве полов представляет собой запутанную теоретическую проблему, на которую нам не стоит отвлекаться, разве что заметить: теория показывает, что два пола эволюционно выгоднее других способов размножения, в которых участвуют три и более полов; два пола – наиболее стабильная и надежная стратегия.

Не менее запутана теория о том, почему у двух полов разное количество гамет разного размера. Предположительно, более ранние виды, размножавшиеся половым путем, обладали гаметами одинакового размера, а в дальнейшем этот признак эволюционировал. Теоретики довольно убедительно показали, что естественный отбор меняет это древнее положение вещей на такое, при котором один пол (мы его называем «мужским») производит множество мелких половых клеток – сперматозоиды или пыльцу, – а второй («женский») производит меньшее количество более крупных клеток, так называемых яиц.

Эта асимметрия в размерах гамет и задает импульс всему половому отбору, потому что заставляет оба пола развивать разные брачные стратегии. Возьмем, например, мужских особей. Мужская особь способна производить большие количества сперматозоидов, поэтому потенциально может стать отцом огромного количества потомства. Ограничителем служит только то, какое количество женских особей удастся привлечь самцу и конкурентоспособностью его спермы. С женским полом дело обстоит иначе. Яиц ограниченное количество, они дороги, и если самка спаривается много раз за короткий срок, то это почти никак, вернее, совсем никак не влияет на количество ее потомства.

Наглядным примером этого различия может послужить рекорд деторождения у людей. Давайте посмотрим, какое рекордное количество детей женщине удалось родить. Если бы вам понадобилось угадать, сколько максимально детей женщина может родить в течение жизни, наверно, вы сказали бы, человек пятнадцать. Попробуйте угадать еще раз! Книга рекордов Гиннесса сообщает, что официально зарегистрированный рекорд по деторождению насчитывал 69 детей, рожденных в течение жизни русской крестьянкой XVIII в. За 27 беременностей в промежутке между 1725 и 1745 гг. у нее родилось шестнадцать пар близнецов, семь раз у нее рождалась тройня и четыре раза – четверня. (Понятно, что у этой женщины была какая-то генетическая предрасположенность к многоплодным беременностям.) Этой измученной родами женщине можно только посочувствовать, однако ее рекорд намного превзойден мужчиной, а именно неким Мулаем Исмаилом (1646–1727), императором Марокко. Согласно Книге рекордов Гиннесса, Исмаил стал отцом «по меньшей мере 342 дочерей и 525 сыновей, а к 1721 г. было известно, что у него 700 потомков мужского пола». Даже в этих рекордных случаях мужчины превосходят женщин больше чем в десять раз.

Эволюционная разница между мужчинами и женщинами – это вопрос разного родительского вклада: затраты на производство дорогих яйцеклеток в противоположность затратам на дешевую сперму, вклад в беременность (во время которой женщины сохраняют и питают оплодотворенную яйцеклетку) и в родительскую заботу – ведь у многих биологических видов самки растят потомство в одиночку. Самцам спаривание обходится дешево, самкам – дорого. Самцы платят за него небольшую цену, всего лишь маленькую порцию спермы; самкам это обходится значительно дороже: они должны произвести крупное, богатое питательными веществами яйцо и зачастую тратят много энергии и времени. Более чем у 90 % видов млекопитающих единственный вклад, которой самец делает в потомство, это собственно сперма, а всю родительскую заботу обеспечивает самка.

Когда доходит до выбора партнера, подобная асимметрия между самцами и самками по потенциальному количеству партнеров и потомства приводит к конфликту интересов. Самцам практически нечего терять в случае, если они спариваются с «некачественной» самкой (например, слабой или больной), потому что они с легкостью найдут другую партнершу для спаривания – и не один раз. Отбор благоприятствует таким генам, которые делают самца неразборчивым в связях, неутомимо пытающимся спариться почти что с каждой самкой. (Или с любым предметом, отдаленно напоминающим самку; так, например, самцы полынного тетерева иногда пытаются совокупиться с кучей коровьего навоза, а некоторые орхидеи, как мы уже узнали ранее, обеспечивают себе опыление, привлекая похотливых самцов пчел, чтобы те совокуплялись с их лепестками.)

Самки устроены иначе. Поскольку они больше вкладывают в яйцеклетки и потомство, то для них лучшая тактика – разборчивость в выборе партнера. Самки должны прилагать все усилия, чтобы выбирать наиболее достойных отцов для оплодотворения ограниченного количества яйцеклеток. Следовательно, им приходится тщательно изучать всех претендентов на отцовство.

В целом самцы должны состязаться за самок. Самцы должны быть неразборчивы в связях, а самки – придирчивы в выборе. Самец должен вести жизнь, полную кровопролитных поединков и яростного соперничества с себе подобными за партнершу. Хорошие самцы, т. е. более привлекательные или более сильные, зачастую добиваются большего количества партнерш (и, по всей видимости, таким самцам оказывает предпочтение больше самок), а некачественные самцы остаются без партнерш. Но тем не менее практически все самки в конечном итоге находят партнеров для спаривания. Поскольку за самок состязается каждый самец, то шансы найти партнера у самок выше.

Биологи описывают это различие, говоря, что варианса[41] брачного успеха у самцов должна быть выше, чем у самок. Так ли это в действительности? Да, в природе зачастую наблюдается это различие. Например, у самца благородного оленя количество потомства, которое он может зачать в течение жизни, в три раза превышает то, сколько потомства может произвести на свет за всю жизнь самка. У морских слонов разница еще значительнее: у них потомство оставляют менее 10 % самцов в течение нескольких брачных сезонов в сравнении более чем с половиной самок{34}.

Разница между самцами и самками по потенциальному количеству потомства стимулирует эволюцию конкуренции между самцами и выбора полового партнера самками. Самцы должны состязаться, чтобы оплодотворить ограниченное количество яйцеклеток. Вот почему мы видим «закон битвы»: прямое состязание между самцами за то, чтобы передать свои гены потомству. И именно поэтому самцы обладают ярким окрасом, им свойственно демонстрационное брачное поведение, они издают брачные призывы и т. п. – это их способ сказать самкам: «Выбери меня, выбери меня!» В конечном итоге именно предпочтение, которое оказывает самцу самка, управляет эволюцией, делающей хвосты самцов длиннее, поведение энергичнее, а брачные песни громче.

Сценарий, который я описал, конечно, обобщенный, и из него есть исключения. Некоторые биологические виды моногамны, и заботу о потомстве берут на себя и самки, и самцы. Эволюция может способствовать моногамии в том случае, если самец произведет больше потомства, помогая самке заботиться о детенышах, а не бросая их, в поиске новых партнерш. Например, у многих птиц требуются два родителя, которые заняты заботой о потомстве: пока один добывает пищу, другой высиживает яйца. Однако в дикой природе моногамные виды не очень распространены. Например, лишь 2 % видов млекопитающих моногамны.

Кроме того, существуют объяснения полового диморфизма по размерам тела, которые никак не связаны с половым отбором. Например, у дрозофил, которых я изучаю, самки могут быть больше просто потому, что им необходимо производить крупные и требующие больших затрат яйца. Или, например, у самцов и самок хищников лучше удается охота, если они специализируются на разных видах добычи. Естественный отбор в пользу сокращения конкуренции между самцами и самками может привести к возникновению различий в их размерах. Этим, возможно, объясняется диморфизм у некоторых ящериц и ястребов, у которых самки крупнее самца и охотятся на более крупную добычу.