Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии

Наконец, третий вариант, согласно Уильямсу, – «устрицы и вязы». Устрицы живут тесными колониями на отмелях, а семенам вязов придется прорастать в густом подлеске. Нелегко вписаться в и без того тесно заселенную среду, и этим организмам страшно повезет, если удастся отжать себе новую нишу.
Первые два случая обычно объединяют под общим именем «лотерейных гипотез». Собственно, в первом случае вращение лотерейного барабана – непредсказуемую смену условий – обеспечивает время, а во втором – пространство. Третий вариант, когда в окружающей среде ничего не меняется, но, чтобы как-то втиснуться в нее, индивидууму требуется изобретательность, более известен как «гипотеза заросшего берега». Это название придумал все тот же Грэм Белл, позаимствовав образ из дарвиновского «Происхождения видов».
Из столь краткого пересказа может сложиться упрощенное представление об этой достопамятной научной дискуссии: будто бы Джордж Уильямс воображал разные гипотетические ситуации, в которых секс может дать организму преимущество, а Грэм Белл придумывал им смешные названия. Это явная недооценка вклада Белла: он провел огромную работу, собрав данные о том, какие существа чаще размножаются половым путем. Если верны кораллово-земляничные или тле-коловраточные идеи Уильямса, таких должно быть больше в суровых, переменчивых местах обитания: например, не в море, а в пересыхающих пресноводных водоемах, не в южных долинах, а в северных высокогорьях. Однако данные показали совершенно противоположную картину: секс оказался куда более востребован в уютных, тесно заселенных местах. Таким образом, по мнению Белла, «лотерейные гипотезы» не выдерживают критики, а вот «гипотеза заросшего берега» вроде бы не слишком противоречит фактам.
Однако и у «заросшего берега» есть свои проблемы. Из этой гипотезы следует, что каждому новому поколению устриц или вязов, чтобы завоевать себе место в жизни, надо приобрести какие-то ценные качества, которыми прошлые поколения похвастаться не могли. Однако ни вязы, ни устрицы так быстро не меняются: моллюски, заселяющие сегодня атлантические отмели вокруг французского Аркашона, ничем вроде бы не отличаются от тех, которыми лакомился Пушкин или которые веком позже были поданы на балу у Сатаны в романе «Мастер и Маргарита». Это подтвердят и палеонтологи: слои раковин накапливались на морском дне миллионы лет, и нередко невозможно найти никакие различия между раковинами, захороненными в самой нижней и самой верхней частях слоя. Они как будто бы совершенно не менялись – а ведь именно способность меняться, согласно идее «викария из Брея», должен был обеспечить им секс. Потом, конечно, что-то происходило в истории Земли – и вот уже в новом слое откладываются совершенно другие ракушки. Однако, если бы секс был нужен для того, чтобы позволить организму преодолеть этот рубеж между эпохами, он бы точно не возник и не сохранился. Существовать миллионы лет, не меняясь, живые существа могут и без всякого секса.
Или все-таки не могут?
В самом начале нашего рассказа, во второй его главе, мы упоминали Кертиса Лайвли, экспериментально доказавшего «двойную цену» секса. Сделал он это, сравнивая расы новозеландских улиток, которые либо размножаются половым путем (ради этого рождая в каждом поколении какое-то количество самцов), либо предаются партеногенезу. В определенный период своей научной карьеры Лайвли уделил внимание и «гипотезе заросшего берега», надеясь подтвердить или опровергнуть ее с помощью тех же самых улиток. Эту историю описывает в своей книге «Паразиты: тайный мир» замечательный популяризатор Карл Циммер. Лайвли занимался примерно тем же, чем и Грэм Белл в своем статистическом исследовании: подсчитывал число самцов, то есть долю полового размножения, в популяциях улиток, населяющих озера, и сравнивал его с числом улиток из ручьев. Озера – стабильные и «густонаселенные» улитками ареалы, вполне соответствующие «заросшему берегу» Белла, а вот ручьи – быстро меняющаяся и довольно опасная среда, и, если в них самцов больше, это серьезный аргумент в пользу «лотерейных теорий». Но самцов в них было, наоборот, существенно меньше. Вроде бы «берег» опять выигрывает по очкам. Однако дадим слово Карлу Циммеру:
 
«Лайвли совершал вылазки к горным озерам и бродил по ним со своей сетью. Он собирал улиток и определял их пол, ломая раковину, вскрывая улитку и пытаясь обнаружить пенис за правым щупальцем. Однако улитки преподнесли ему сюрприз: они оказались набиты чем-то, что показалось ему похожим на гигантские спермии. "К несчастью, я вздумал показать их университетскому паразитологу, – рассказывает Лайвли, – и услышал от него: «Это не спермии, идиот. Это глисты»". Паразитолог объяснил Лайвли, что это трематоды-сосальщики, которые кастрируют улиток, размножаются в них, а потом попадают к окончательному хозяину – уткам. В некоторых местах улитки битком набиты сосальщиками, а в других свободны от паразитов».
В озерах, где было больше самцов, и паразитов было больше. Напрашивается простой вывод: возможно, все дело не в расплывчатом «поиске своего места в густозаселенной экологической нише», а в банальных глистах? И именно от них помогает секс?
К тому моменту, как Лайвли опозорился перед коллегой-паразитологом, эта гипотеза уже была высказана и стремительно набирала популярность. На самом деле идея о том, что паразиты могут быть важным фактором в формировании генетического облика живых существ, была сформулирована Джоном Холдейном еще в 1949 году: он полагал, что генетический полиморфизм – то есть наличие в популяции более одного варианта каждого гена – должен играть важную роль в устойчивости к инфекционным заболеваниям. Несколько глав назад речь у нас шла о палочниках рода Timema, на примере которых биологи наглядно увидели, что одно из неприятных последствий отказа от секса – это как раз уменьшение полиморфизма. Идея Холдейна зрела еще два десятилетия и в 1970-х внезапно вышла на первый план: о ней громко заявили сразу несколько биологов-теоретиков, в том числе и Грэм Белл, один из главных героев этой главы. Однако самым ярким из них оказался Уильям Гамильтон (1936–2000), и с его именем обычно связывают «паразитарную теорию» происхождения секса, в свое время невероятно успешную.
Вообще говоря, странно было бы, если бы такая теория не возникла: стоит внимательно всмотреться в любую деталь большой картины жизни на Земле, и вы непременно заметите, как там кто-то на ком-то паразитирует. Если все ваши теории не очень хорошо работают и при этом вы все время выносите за скобки одно досадное, вечно все запутывающее обстоятельство – как Кертис Лайвли, обнаруживший внутри улитки глистов вместо грезившихся ему спермиев, – рано или поздно вас посетит мысль, что, возможно, в этом обстоятельстве и состоит разгадка тайны.
Уильям Дональд (Билл) Гамильтон был харизматичным и очень проницательным человеком, с которым связано сразу несколько важнейших идей в истории биологии ХХ века. В частности, он создал теорию родственного отбора, объясняющую, как мог закрепиться среди пчел и муравьев ген, предопределяющий превращение в рабочую особь и тем самым лишающий своего носителя шансов на размножение. Гамильтон внес вклад в теории генетического конфликта, которые еще не раз появятся в этой истории (например, в той ее части, где речь пойдет о половых хромосомах). Наконец, Гамильтона цитируют все, кому приходится рассуждать о происхождении альтруистического поведения. Именно благодаря Гамильтону «паразитарная гипотеза» происхождения секса обрела на какое-то время головокружительную популярность. А чтобы придать этой истории сюжетную цельность, автор гипотезы и сам пал жертвой паразитов: Гамильтон заразился малярией во время экспедиции в Конго и умер в начале 2000 года на пике своей научной карьеры.
Гамильтон доказывал свою идею с помощью компьютерных симуляций: населял свой компьютер выдуманными популяциями существ, способных размножаться как с помощью секса, так и без него. Разумеется, любители секса не могли выдержать конкуренции и быстро исчезали. Но все менялось, когда в картину добавили паразитов. Автор модели предположил, что у них есть гены вирулентности, а у хозяина, соответственно, гены устойчивости. В каждом поколении выживали те, кто был устойчивее к паразитам. Соответственно, среди паразитов успех сопутствовал тем, кто оказался самым заразным, то есть мог подобрать ключи к самой распространенной комбинации генов устойчивости. Хорошие гены устойчивости быстро распространялись, но затем соответствующим образом менялись гены вирулентности, и те, кто еще недавно был самым устойчивым, оказывались уязвимыми. А выживали те, кто сохранил от прежних поколений «старый» ген, когда-то почти бесполезный – поскольку прежние поколения паразитов знали, как его нейтрализовать, – но в новых условиях неожиданно опять обеспечивающий неплохую защиту. Вот как сформулировал свою идею Гамильтон: «Чтобы противостоять паразитам, хозяин должен все время менять комбинацию генов. Вопреки предположениям мутационной теории, вид хозяина должен сохранять не один идеальный генотип, а целый набор». Таким образом, половое размножение из поколения в поколение проверяет разные комбинации генов, ожидая, когда они снова окажутся выигрышными.