Вокруг полов и их количества происходит котовасия. Кто-то твёрдо уверен: половые различия не нужны, они – пережиток, а в разделении на М и Ж виновато воспитание и устаревшие стереотипы нашего общества. Кто-то считает, что полов не два, а… много. Энн Фаусто-Стерлинг(американская сексолог) предложила целых пять. Facebook решил гулять на все и добавил в профайлы пользователей 71 вариант гендерной идентичности. Ну ладно, это просто соцсеть, пусть хоть сто придумает, но вот тут всё серьёзно: США в 2021 году был выдан первый паспорт с третьим вариантом пола – Х. Пол Х означает, что гендерная принадлежность человека не является чисто женской или чисто мужской https://www.gazeta.ru/social/2021/10/27/14141647.shtml?updated
Давайте не уподобляться и при помощи биологии разберёмся, нужно ли разделение на два пола? А если пол нужен, то сколько? Два или семьдесят один? Вопросы, которые на первый взгляд имеют очевидный ответ, не так уж и просты, если призадуматься. Со времён Дарвина ученые не могли толком ответить, какие преимущества даёт двуполый способ размножения, который преобладает у всех высших растений и животных. Были выдвинуты десятки гипотез. Некоторые из них, мягко говоря, кажутся немного странными: например, гипотеза “Красной Королевы”:
Ряд ученых были убеждены, что пол, по сути, предназначен для того, чтобы животные могли защищаться от паразитов. Эта версия успешно гуляет по сети до сих пор, хотя в 2004 г. проверили гипотезу «Красной Королевы» на математической модели: чтобы паразиты стали причиной разделения полов, их должно было быть огромное количество — во много раз больше, чем есть на самом деле.
Ответить на вопрос, почему произошло разделение полов, оказалось непросто. И вот почему.
Сотни клонов
Началось всё с бесполого варианта размножения ещё 3,8 млрд лет назад. Клетка просто удваивала своё "имущество" и делились пополам, по сути, клонируя саму себя. Простые микроорганизмы и по сей день пользуются этим нехитрым способом умножить и расселить свои гены. А что, - очень удобно: партнёр не нужен, делись в любое время, в любом укромном углу. Увеличение числа особей идет в геометрической прогрессии, а геометрическая прогрессия - это мощь! Цитирую экологический справочник:
"Скорость размножения бактерий в питательной среде очень велика. Примерно каждые 20 минут бактерия делится, давая две дочерние клетки. Следовательно, из одной клетки за 10 часов может образоваться 1 ООО ООО ООО потомков. А через сутки их масса составила бы примерно 400 т. Такое возможно, если их питать, обеспечивая всем необходимым, чего в природе не происходит."
Но у такого впечатляюще плодовитого вида размножения есть один гигантский недостаток: отсутствие генетического разнообразия. Все потомки получаются одинаковыми(клоны), а одинаковость в изменяющемся мире – это плохо. Знаете поговорку: "Где толстый только сохнет, там худой сдохнет?" Так вот она отлично иллюстрирует важность генетического разнообразия в выживаемости вида – чем выше вариации особей по какому-то признаку, тем больше шансов, что кто-то да выживет и продолжит род. Плюс изменения в геноме – это двигатель развития; может появиться какой-то новый очень полезный признак, который позволит виду продвинуться вверх по эволюционной лестнице. В общем разнообразие - наше всё.
При бесполом же размножении источником изменений и разнообразия в геноме служат исключительно случайные генетические мутации. Напомню: мутации бывают не только вредные, но полезные – помогающие приспосабливаться к изменениям среды. Полезные мутации случаются довольно редко, а вредные являются причиной, по которой бесполая популяция непрерывно ухудшается, так как происходит накопление дефектов. Эти дефекты постоянно копируются и избавиться от них нет возможности.
А что, если стать собственным ребёнком?
Недостаток бесполого размножения привёл к гениальному решению - перемешивать гены двух особей. Это повышает генетическое разнообразие, а значит и шансы на выживание в самых непредсказуемых условиях и толкает вперёд развитие. Появился половой процесс (не путать с половым размножением, тут количество особей не увеличивается, только происходит обмен генетической информацией).
Один из вариантов полового процесса - конъюгацию - можно наблюдать у инфузорий. Эти милейшие одноклеточные в стабильной среде делятся по старинке - клонируют себя любимых. Но когда среда начинает меняться, они на всякий случай «готовятся» к неожиданностям. Две инфузории подплывают друг к другу и соединяются в районе предротовой полости. Их оболочки в месте соприкосновения растворяются, цитоплазмы сливаются, и во время такого «поцелуя» происходит дружественный обмен генами. Количество особей, прошу заметить, при этом не меняется. Инфузории после обмена благополучно «отлипают» друг от друга и расплываются по своим делам. Внешне ничего не меняется, но генетически они уже совсем не такие, как были до процесса.
Как пишет А. Потехин, кандидат биологических наук: "Если провести аналогию с человеком (у которого половой процесс также не всегда ведет к размножению), можно представить конъюгацию, как если бы после акта любви оба партнера становились близнецами и при этом одновременно превращались в своих собственных детей — по сути, перерождались."
Половой процесс оказался очень полезным нововведением: он повышал генетическое разнообразие, а значит – приспосабливаемость вида. Потому эволюция пошла по этому пути дальше.
Половое размножение возникло раньше, чем пол!
Половое размножение возникло с "изобретением" гамет – половых клеток. Эти клетки были особенными: они содержали в себе не двойной, как обычно, а одинарный набор хромосом(генов). То есть каждая гамета содержала лишь половину наследственной информации особи. Для чего? Специально для того, чтобы найти такую же «половинку», и слившись с нею, образовать полноценный новый организм. Не клон, а особь с другими вариантами признаков.
Сначала половые клетки(гаметы) внешне были одинаковыми – мелкими и имели жгутики – чтобы путешествовать в поисках своей «половинки». Но гаметам жизненно важно не только уметь шустро передвигаться. Им также нужен запас питательных веществ, да побольше – чтобы образовавшаяся от слияния двух гамет зигота могла благополучно развиваться. Таскать с собой «провиант» было неудобно и энергозатратно – потому гаметы «придумали» разделить обязанности. Ну, «придумали», это образно говоря, так как придумывалки у них не было: это, как и всё остальное, произошло методом бесчисленных проб и ошибок, по определённым закономерностям, за сотни тысяч лет: то бишь путём естественного отбора.
Итак: сначала все гаметы были одинаковыми: небольшими, со жгутиками (изогамия ). Потом одни из гамет стали мельче, другие - крупнее (анизогамия). В конце концов самые крупные утратили жгутики (оогамия). То есть, с течением эволюции одни гаметы оставили себе функции «путешественников» – стали мельче и шустрее, а другие превратились в «домоседов» - лишились подвижности и укрупнились, приныкав внутри запас питательных веществ. Так произошел первый шаг на пути к образованию полов – разделение половых клеток(гамет) на женские и мужские не только физиологически(внутренне), но и морфологически(внешне).
Но и это еще не было настоящим разделением полов! Да как так, когда уже кончится эта статья??? А вот так: изначально одна особь производила не один вид гамет - а ОБА вида. Была, так сказать, не мальчиком или девочкой, а два в одном. Таким образом половое размножение появилось раньше разделения полов и это полезно знать. Вот такой интересный парадокс.
Два в одном. Гермафродиты.
Про гермафродитизм постараюсь очень кратко, потому как там… всё сложно.
Главное понять, что это уже считается половым размножением, но ещё не половым разделением! Гермафродит производит и мужские и женские половые клетки, являясь по сути и мамой и папой одновременно, то есть пола он не имеет. Есть варианты гермафродитизма, когда особь может становиться на время «папой», на время «мамой» - периодически, в зависимости от условий, но всё равно это еще не разделение полов. Также обычно гермафродиты имеют защиту от самооплодотворения, но в крайнем случае, когда партнёра, даже захудалого, рядом нет, некоторые умудряются оплодотворить и сами себя, на время пренебрегая разнообразием потомков в пользу их количества. В общем быть гермафродитом, кажется, довольно удобно и выгодно!
Потери и приобретения.
При появлении полового размножения главная проблема бесполого размножения была решена. Особи успешно обменивались генами, повышая разнообразие и адаптационные возможности потомков. Полезные комбинации генов быстро распространялись в популяции, а вредные – успешно из неё элиминировались.
Конечно, по сравнению с бесполым размножением, половое имело недостатки. Виды стали меньше плодиться (теперь нужно было найти другую особь, пройти несколько стадий размножения - потратить кучу времени и сил). Но главный недостаток – теперь родители передавали всего половину своей наследственной информации, а не всю, как при клонировании. Чудовищные жертвы со стороны генома! И тем не менее, эгоистичный геном на это "был согласен", так как преимущество долгосрочной выгоды такой кооперации оказалось огромным.
Так половое размножение выиграло эволюционный тендер. Несмотря на недостатки, оно оказалось более выгодным для адаптации, выживания и дальнейшего развития. Эгоизм и количество, которым до этого брали самые примитивные формы жизни, были побеждены кооперацией и разнообразием. Да здравствует дружба!
М и Ж
Ну и на том бы, как говорится, и сказочке конец – что может быть идеальнее гермафродита? Нашел соседа – размножаешься, не нашел – всё равно размножаешься. Но нет. Гермафродитизм не так уж распространён в природе и свойственен животным, стоящим на сравнительно низкой ступени эволюции: это плоские и кольчатые черви, улитки, моллюски. У высших форм по каким-то причинам произошло дальнейшее РАЗДЕЛЕНИЕ полов. Появились не просто мужские и женские половые клетки, а мужские и женские особи. А это означало, что задача размножения ещё больше усложнилась. Ведь теперь нужно было не просто найти соседа для спаривания, а ещё и соседа нужного пола! Это огромный риск и потери в численности. И тем не менее, раздельнополое размножение преобладает среди высокоразвитых форм жизни.
Вы ещё здесь? Браво, всего 50% современных людей находят в себе силы дочитывать до конца такие длинные тексты!
Непорочное зачатие. Партеногенез.
Я еще немного вас помучаю. Партеногенез – это половое, но однополое размножение. Да, и такое бывает. Когда есть яйцеклетка, но оплодотворение ей не нужно. С партеногенезом вообще запутанная история, скажу только, что он появился, по-видимому как попытка «избавиться» от самцов (правильно, зачем они нужны?) То есть, уже после разделения полов эволюция пошла и по такому пути – постаралась сократить один из них. Партеногенезов есть множество форм, но что-то дальше насекомых, рыб и пресмыкающихся дело не пошло.
Что мы имеем в итоге
Давайте поведём итог. Способов размножения у живых организмов – чуть ли не несколько сотен (да, жизнь очень изобретательна!). Но их все можно разбить на три класса. Бесполое, половое и раздельнополое. Бесполое, самое древнее – клетка делится на два одинаковых клона, передаёт всю свою генетическую информацию. Половое – для размножения нужен партнёр, передаётся половина генов, но оба родителя взаимозаменяемы. Раздельнополое – происходит дифференциация на мужскую и женскую особь.
Если в переходе от бесполого к половому размножению выгоды понятны (повышение генетического разнообразия, выживаемости и ускорение эволюции), то зачем произошло дальнейшее разделение – не очевидно. На первый взгляд никакой пользы нет, одни неудобства и потери. Так почему же тогда не прижился гермафродитизм, партеногенез, а все высокоразвитые организмы двуполы и выбрали такой «ущербный» способ размножения?
Кстати, за рубежом учёные, похоже, до сих пор не ответили, зачем пол вообще существует и какие в этом эволюционные преимущества. Цитирую:
"Книга Вильямса(Williams, 1975) начинается с фразы: “Преобладание полового размножения у высших растений и животных несовместимо с современной эволюционной теорией”. У Мэйнарда Смита (Maynard Smith,1978) читаем: “Мы не имеем удовлетворительного объяснения тому, как возник и как сохраняется пол.” Еще один авторитет по проблеме пола пишет: “Довольно поразительно, но ученые не могут убедительно сказать, зачем существует пол?” (Crews, 1994). На эту тему появляется много статьей и обзоров. В последние годы по крайней мере два ведущих генетических журнала посвятили этой проблеме специальные выпуски. Все это свидетельствует о том, что центральная проблема эволюционной биологии и генетики—проблема пола—за рубежом остается всё ещё нерешенной."
А в книге К. Зиммера “Эволюция: Триумф идеи” вообще утверждается, что: “Пол не только не нужен, но и является рецептом для эволюционной катастрофы.»
И всё это странно. Похоже там не просто не знают, а НЕ ХОТЯТ знать. Потому что нашим советским учёным (физиком, а впоследствии биологом) был предложен потрясающий ответ и построена великолепная теория. Теория за 45 лет прошла сквозь огонь и воду и уже занимает почётные места в наших учебниках.
Но, подозреваю, что я вас утомила. Оставлю интригу, чтобы вы обязательно подписались: я ведь коллекционирую активных и любознательных людей:)
А продолжение - следует.
Про партеногенез можно почитать тут: https://hightech.fm/2021/03/30/births-from-parthenogenesis
Про интересные аспекты конъюгации подробно тут: https://spbu.ru/news-events/novosti/vse-infuzorii-delayut-eto-no-vse-po-raznomu-uchenye-rasshifrovali-mehanizmy
Про половое размножение у простейших: https://studopedia.ru/19_241324_polovoe-razmnozhenie-u-prosteyshih-kon-yugatsiya-i-kopulyatsiya.html