Как пишет Quanta Magazine, биологи сделали новое объяснение по поводу того, зачем же людям секс. То есть – зачем он им на самом деле.
Большая часть теорий базируется на том, что нужно обеспечить разнообразие всех будущих поколений. Однако, американские исследователи смогли отыскать убедительные объяснения иного толка. Якобы секс представляет весьма конкретную пользу для отдельных особей.
Как сообщила автор издания Кристи Уилкокс (Christie Wilcox), не зря даже сами ученые считают секс самой сложной загадкой в биологии.
Минусы подобного способа размножения, предполагающего спаривание, не представляют тайны – для этого нужны всего лишь две особи, и каждая из них будет способна передать потомству лишь часть генома. Так как во время спаривания две особи должны будут вступать в близкий контакт, они априори рискуют получить физические травмы или же какие-то инфекции от партнера. Бесполое размножение никаких недостатков в себе не несет.
– Клонов можно делать в любое время, и все они обретут набор генов конкретной особи, – продолжает автор.
Но вопреки всем подобным преимуществам, размножение не является нормой. Да-да, так говорят специалисты. Скорее – исключением из правил!
Например, есть растения, известные собственной генетической пластичностью. И меньше 1% видов ведут свое размножение бесполым способом. Бесполое размножение среди животных характерно только для одного из тысячи видов, известных науке.
Столетиями биологи ломали головы по поводу этого парадокса.
Генетик Герман Мёллер (Hermann Muller), ставший обладателем Нобелевской премии за исследования в области радиационной генетики, в 1932 году сообщил о том, что смог найти ответ на подобный вопрос:
– Да, генетика решила наконец-то многовековую загадку о причинах существования двух разных полов и полового размножения, – рассказал он в интервью для издания American Naturalist. – Благодаря формированию новых генетических комбинаций, половое размножение – то средство, которое в полной мере дает использовать все возможности генных мутаций.
Цель секса, иными словами, довольно проста:
– Секс просто увеличивает генетическое разнообразие во всех последующих поколениях, – пояснил автор. – Данное разнообразие увеличивает степень приспособляемости, а также повышает выживаемости поколений. Они делают их сильнее, устойчивее и быстрее к влиянию паразитов.
Мёллер – далеко не первый биолог, выдвинувший подобную гипотезу, но в тот момент влияние его было так велико, что именно его фамилия стала синонимом идеи, получившей впоследствии поддержку большинства ученых.
– А меж тем, надо было бы им пересмотреть собственное отношение к гипотезе, – рассказала автор. – Дело в том, что никакие аргументы в разнообразии не объясняют, почему в ходе эволюции у одноклеточных организмов сформировалась такая важная составляющая процесса спаривания — мейоз. Это – деление пополам генома, выступающая в качестве базы для продуцирования сперматозоидов и яйцеклеток.
Как сообщила изучающая эволюцию репродуктивных систем в Сиракузском университете Кейтлин Макдоноу (Caitlin McDonough), есть непосредственные свидетельства того, что те теории, которые основаны исключительно на сентенциях о пользе для будущих поколений – не полные.
Как сообщила Макдоноу, в большинстве исследований из виду упускался потенциал для извлечения конкретной особью пользы для самой себя от секса.
Теперь Макдоноу вместе с прочими исследователями занимается пересмотром вопроса по поводу того, как именно о том, как именно спаривание может влиять на отдельную особь. По итогам исследований, основная причина, из-за которой биологи долго не могли отыскать полноценное объяснение полового размножения в том, что… подобного объяснения просто нет!
Правда, есть огромное число потенциальных положительных моментов, которые связаны со спариванием. Поэтому, может быть, что организмы спариваются просто по тем причинам, которые оборачиваются для них самой значительной пользой.
Секс в некоторых смыслах – универсален. Почти все эукариотные организмы плодят потомство при помощи спаривания. Но все же, этот процесс уникален для каждого вида и выглядит по-разному. Согласитесь, речь об очень разных процессах, если говорить о простейших организмах, человеке и плодовой мухе.
Сам тезис о том, что секс нужен лишь для размножения, вполне справедливо для всех эукариотов.
– Если вести речь о водорослях, то спаривание далеко не всегда у них происходит для того, чтобы оставалось больше потомства, – рассказала биолог из университета Нью-Браунсуика в Канаде Аврора Неделку (Aurora Nedelcu). – Гораздо быстрее они размножаются бесполым способом. Для водорослей из рода Вольвокс половое размножение – факультативно. Иными словами, они могут выбирать между тем, чтобы спариваться и клонировать самих себя. В тот момент, когда они все же выбирают спаривание, мы может говорить о том, что это делается для повышения шансов на выживание.
В течение большей части своей жизни водоросли существуют со всем тем, что, по меркам человека, вполне можно идентифицировать в качестве половины генома – у водорослей есть лишь одна копия каждой хромосомы. Иными словами, водоросли – это гаплоиды. В подобном состоянии они проходят процесс митоза – клонирования самих себя, копируя каждый из собственных хромосом. Потом эти хромосомы по экватору выстраиваются в клетки и отделяются в новую клетку, полностью идентичную материнской.
Когда окружающая среда – слишком теплая, а в ней появляется нехватка азота, водоросли начинают плодиться уже другим способом. Гаплоидная клетка тут же приходит с слияние иной клеткой, из-за чего появляются клетки с 2-мя наборами хромосом. По факту такие водоросли превращаются в диплоидные клетки и спариваются.
При этом в режим размножения водоросли только тогда переходят, когда все условия обитания заметно ухудшаются. Неделку с коллегами выявили – если попытаться уменьшить их психологический стресс и обеспечить их достаточной порцией антиоксидантов, спариваться они не будут.
Именно поэтому ученые пришли к выводу, что цель спаривания – не дать жизнь потомству, а сделать саму водорослевую оболочку как можно тверже, чтобы она могла справиться с отрицательными условиями среды.
Выгода от спаривания водорослей в том, что в итоге они создают устойчивые диплоидные споры, пригодные для полноценного выживания в неблагоприятных условиях.
Но, как сообщила Неделку с коллегами, процесс мейоза точно также несет в себе возможности чтобы улучшить генетический материал.
Подобно всем многочисленным организмам, водоросли способны сами лечить небольшие поломки в ДНК.
Если же ущерб серьезный, одних только этих алгоритмов становится недостаточно. Наличие второй копии нити ДНК в подобном случае может сыграть решающую роль:
– Данный механизм существует у всех диплоидных организмов, – пояснила Неделку.
Если вести речь о гаплоидных клетках, им, обычно, очень трудно себя клонировать для «штепки» поврежденного участка ДНК, ведь у них существует лишь один набор хромосом. Исключение при этом может появиться в процессе мейоза, когда лишь вновь воссозданные пары хромосом приходят в соединения с вариациями второй родительской клетки перед превращением в отдельную клетку:
– Мы уверены, что это – шанс избавиться от дефектов в ДНК, – рассказала Неделку.
Во время мейоза хромосомы из двух гаплоидных клеток «родителей» выстраиваются в линию. Они способны обменяться участками ДНК – подобное явление называется перераспределением генетического материала или рекомбинацией. А это очень серьезно увеличивает генетическое разнообразие, что дает возможность хромосомам замечать участки генома уже у второй гаплоидной клетки, для последующего устранения повреждений, которые могли бы коснуться их же ДНК.
Простейшие, растения и люди
Идея по поводу того, что спаривание в процессе эволюции помогало организмам переживать довольно тяжелые времена, чем-то новым не является.
Профессора молекулярной биологии и анатомии в университете Аризоны Харрис и Кэрол Бернштейны (Harris and Carol Bernstein) данную гипотезу выдвинули еще в начале 1980-х годов, но тогда большая часть эволюционных биологов должного внимания на нее просто не обратили.
Как сообщил эволюционный биолог Франческо Катания (Francesco Catania) из университета Мюнстера, игнорирование подобной гипотезы научным сообществом ему просто непонятно.
Катания убедился в ее верности, работая с простейшими — инфузориями-туфельками. Он рассказал, что, в тот момент, когда инфузории-туфельки спариваются, делают они это сами с собой.
– Существуют данные о том, которые свидетельствуют о том, что среди инфузорий-туфелек очень распространено самооплодотворение, – заключил он.
Катания также выяснил, что, как и водоросли Неделку, некоторые отдельные особи инфузорий-туфелек могут извлекать для себя непосредственную пользу во время спаривания.
Все те, кто оплодотворили себя сами, переживали отрицательные условия среды лучше прочих инфузорий, не делавших это.
Инфузории, которые были подготовлены к спариванию перед неблагоприятным воздействием, также стали более выносливыми.
Все это позволило сделать вывод, что, стресс, с одной стороны подталкивает живые организмы к тому, чтобы спариться, а с другой — что сама активация процессов, которые нужны для того, чтобы осуществить спаривание, помогает инфузориям эффективно справиться со стрессом.
Как процесс спаривание носит не только чисто генетический, но и клеточный характер, предполагая «выключение» и «включение» целого ряда генов с прочими функциями.
Несмотря на то, что для того, чтобы подтвердить подобную гипотезу, нужно продолжать эксперименты, Катания предполагает, что все клеточные алгоритмы внутренне связаны. \\
– Мы понимаем, что все эти инфузории-туфельки и одноклеточные водоросли – вовсе не млекопитающие, так что их опыт спаривания брать за основу можно вряд ли, – предостерегает Неделку. – Даже если мейоз главным образом появился для того, чтобы устранить дефекты в ДНК, функции спаривания на начальном этапе могли быть отличными от адаптивной функции, которую спаривание имеет у видов, живущих ныне.