Деление многоклеточных организмов на мужской и женский пол кажется настолько очевидным, что не сразу приходит в голову его количественная невыгодность по сравнению с бесполым размножением, ведь пока одна пара разнополых организмов производит двух потомков, за то же время два бесполых могут произвести четырёх. Это вполне наглядно видно на схеме:
Казалось бы, при таких раскладах бесполые организмы должны просто задавить двуполые числом за счёт скорости размножения. Тем животным, у которых самец заботится о потомстве и о беспомощной самке, это может быть выгодно уже тем, что выживает большая часть потомства. Однако двуполы не только (почти) все животные, но и растения. Причём однодомные растения, у которых одна и та же особь производит и яйцеклетки, и сперматозоиды, зачастую ещё и принимают меры против самоопыления. То есть двуполость имеет какие-то преимущества, которые перевешивают даже двойную цену самцов, вся роль которых сводится только к поставке генетического материала?
И в чём профит?
Преимущества действительно есть, и они весьма большие. Осознать их поможет один из трёх «китов», на которых стоит эволюция — изменчивость. В чём, собственно, она состоит и почему существует? А существует она по одной простой причине — абсолютно точное копирование генетического материала (ДНК) невозможно, при размножении неизбежно накапливаются мутации. Ну а раз уж организм ухитрился дожить до размножения, к среде своего обитания он уж как-нибудь приспособлен (именно, способность дожить до размножения и оставить потомство — это и есть приспособленность), поэтому способов улучшить организм намного меньше, чем способов его ухудшить. Проще говоря, вредные мутации происходят гораздо чаще, чем полезные. От создаваемого вредными мутациями «генетического груза» надо как-то избавляться. Тут-то и приходит на помощь половой процесс.
Состоит он, если кто забыл, в том, что парные хромосомы в процессе репродуктивного деления клеток (мейоза) обмениваются сходными участками и расходятся по разным половым клеткам. При оплодотворении же половые клетки (яйцеклетка и сперматозоид) сливаются, и количество хромосом восстанавливается. Вот этот-то обмен участками, происходящий при мейозе в сочетании с оплодотворением, и даёт то самое заветное преимущество, ради которого всё и случается — шанс избавиться от вредных мутаций и получить взамен полезные. Ведь те, кому не повезло при таком обмене получить вредные мутации, просто погибнут, выведя их, таким образом, из генофонда. А вот везунчики, получившие мутации редкие, но полезные, накопят их и передадут следующим поколениям.
Бесполые организмы аналогичных возможностей — накопления полезных мутаций и избавления от вредных — лишены, их вредные мутации навсегда останутся с ними и их потомками, и «сбросить» их им будет просто некуда.
Это теория. А что на практике?
Теория, конечно, стройна красива, но без проверки на практике это всего лишь очередная интересная теория с гадательным отношением к реальности. Впрочем, биологи не были бы биологами, если бы не попытались проверить её на практике. И они попытались. Благо, в их распоряжении был удобный модельный организм — нематоды Caenorabditis elegans. Удобны они оказались тем, что обычно самок у них как бы и нет — вся популяция делится на многочисленных гермафродитов, способных размножаться самооплодотворением, и немногочисленных самцов. Однако есть среди них и уродцы с двумя полезными (для науки, но вовсе не для самих червей) мутациями — одна из них убивает всех самцов, превращая популяцию, в которой она распространена, фактически в бесполую, другая лишает гермафродитов способности вырабатывать сперматозоиды, превращая их в самок, а популяцию — в двуполую. Этим и воспользовались биологи из Орегонского университета — они вывели методами традиционной селекции три популяции — «дикую», состоящую, как и положено, из самцов и гермафродитов, бесполую и двуполую, и принялись их всячески испытывать.
В первом эксперименте червей заставляли добираться до еды через полосу препятствий — барьер из мелких кубиков. Ослабленным вредными мутациями нематодам барьер был просто не по силам, они не могли его преодолеть и гибли от голода. Таким образом над бедными животными издевались в течение 50 поколений (червей, а не учёных), а чтобы им и вовсе жизнь мёдом не казалась, каждое поколение ещё и обрабатывали мутагенами. Через полсотни поколений учёные проверили, насколько нематоды сумели приспособиться, сравнивая тех, кто всё это время занимался спортом, с теми частями предковых популяций, которые прохлаждались в морозилке (а червям замораживание ничуть не вредит). Выяснилось, что под воздействием мутагена и «дикая», и бесполая популяции деградировали, но при этом частота перекрёстного оплодотворения в «дикой» популяции значительно выросла. Изначально двуполые же черви вырождению оказались не подвержены. То есть двуполость помогала им избавляться от вредных мутаций.
Во втором опыте мутаген убрали. Зато на барьер добавили болезнетворных бактерий, и теперь нематодам, чтобы добираться до пищи, нужно было либо выработать к ним устойчивость, либо научиться их не глотать. Через 40 поколений снова разморозили предков и снова проверили, насколько черви справились с задачей. И снова команда «двуполых» всех обошла — «дикая» популяция, хоть и повысила частоту перекрёстного оплодотворения, но приспособилась хуже двуполой. Бесполые черви приспособиться не смогли совсем. То есть двуполость в этом эксперименте помогла нематодам накапливать полезные мутации.
Граждане, вы откуда в таком количестве?!
Но даже если самцы, как выяснилось, весьма и весьма полезны, то остаётся вопрос — а зачем их, собственно, столь много? Ведь один самец может «обслужить» гораздо больше одной самки, у большинства животных так и происходит — кто-то собирает гаремы, а кто-то так и живёт всю жизнь холостяком. Почему бы самкам не рожать на брата в среднем не по одной сестре, а по три, четыре, пять?
Что ж, давайте представим, что именно это и произошло — каждая самка рождает на одного сына четырёх дочерей. Положим, в популяции из 100 особей каждый год рождается по 100 детёнышей. Но у каждого детёныша всё равно один отец и одна мать. А вот с другой стороны — у каждого самца (а их, напомню, 20) в среднем по 5 детёнышей, а у каждой самки (а их 80) — по 1,25. Теперь представим себе «хитрую» мутантку, которая принялась на каждого сына рожать не по 4, а по 3 дочери. Тогда у неё будет внуков больше, чем у её «добропорядочных» подруг, и её гены, отвечающие за такую её особенность, быстро охватят всю популяцию. Потом снова появится «хитрая» мутантка… И так до тех пор, пока соотношение полов не станет 1:1. Независимо от того, насколько это выгодно или невыгодно виду в целом.
Разумеется, всё что здесь написано, лишь общее правило, знающее исключения — есть и виды, у которых соотношение полов (благодаря то ли паразитическим, то ли симбиотическим бактериям) далеко от классического 1:1. Есть даже целый класс животных, миллионы лет прекрасно обходящихся вообще без самцов. Но это уже совсем другая история…
На этом сегодня всё, спасибо, что прочитали, не забываем ставить лайки и подписываться на канал, кто ещё не!
Понравилось? Тогда можно ещё почитать:
