Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии
Однако бывает и так, что расставлять все по местам истории лень или просто некогда. В этом случае про ученого нередко говорят, что он автор «спорных идей». Это может показаться обидным, но взглянем на ситуацию с другой стороны: ничто из придуманного вами не пропало, ваши идеи помнят, и, если через век или два вы окажетесь в чем-то правы, статья в «Википедии» будет надлежащим образом исправлена. Примерно такой оказалась научная судьба российского генетика Вигена Геодакяна (1925–2012), предложившего в 1960-х гг. собственную теорию пола. На его семинары собирался весь цвет отечественной биологической науки, а студенты и аспиранты пожирали мэтра влюбленными глазами. Еще бы: его теория объясняла не кое-что, а практически всё и сразу. А потом, увы, чары развеивались: тут и там выяснялось, что идеи Геодакяна не очень-то подтверждаются фактами.
Если говорить совсем уж кратко, то основная мысль такова: разделение на два пола необходимо для того, чтобы выгодами естественного отбора пользовался вид как целое, а расплачивались за отбор только самцы. В одной из глав мы упоминали о теореме Холдейна – Мёллера, из которой следует жестокий закон: «Одна мутация – одна смерть». Это значит, что для удаления вредной мутации из генофонда кто-то должен умереть, не оставив потомства. При этом смертью караются не только летальные, но и вообще любые мутации: просто, если мутация слабовредная, казнь происходит не сразу, а, возможно, с отсрочкой в несколько поколений. Если мутаций много, плата за них может оказаться неподъемной для популяции. И вот подумайте, как это удобно: выделить группу особей, чьей основной задачей как раз и будет оплачивать своими жизнями разные мутации. А остальные возьмут на себя важную работу размножения.
Другими словами: делим всех на два пола, при этом самки хранят репродуктивный потенциал, а самцы подвергаются жесточайшему отбору. Никто о них не плачет, потому что для размножения столько самцов и не нужно: сто самок и десять самцов морского льва оставят столько же потомства, сколько оставили бы сто самок и сто самцов. Скорость размножения не пострадала, а отбор тем не менее получил причитающуюся ему плату: вредные мутации удалены, полезные проверены в деле и поступили в общее распоряжение биологического вида.
Идея красивая, и, если она вам нравится, вы легко найдете факты, которые не то чтобы подтверждают ее, а скорее выгодно подсвечивают. Например, у самцов млекопитающих всего одна Х-хромосома, что очень удобно, если вы хотите проверить в деле гены, которые на этой хромосоме расположены, и отбраковать негодные (то есть обремененные вредными рецессивными мутациями). У самок Х-хромосом две, и рецессивные мутации в них могут некоторое время существовать, не причиняя самкам никакого вреда, – пока такая хромосома не попадет в самца и не будет подвергнута проверке. А у некоторых насекомых, например перепончатокрылых, самцы вообще гаплоидны. Как будто специально, чтобы лишить новые мутации подстраховки со стороны гомологичной хромосомы и проэкзаменовать их самым жестким образом.
Этот механизм выглядит настолько изящным, что даже непонятно, почему все живое на Земле не перешло на способ определения пола, при котором самцы гаплоидны. И почему, кстати, у значительной доли живых существ пол определяется системой ZW, при которой неспаренная хромосома есть как раз не у самца, а у самки.
Но это мелочи: все гипотезы о происхождении пола можно при желании закидать десятками контрпримеров, потому что природа многообразна. Главная проблема геодакяновской теории в том, что в ней не предусмотрен никакой эволюционный механизм, который мог бы создать разделение на «пол первопроходцев» и «пол хранителей». Мы уже сталкивались с такой ситуацией: если что-то выглядит очень логичным, правильным и полезным для земной жизни или одного биологического вида, это совершенно не значит, что естественный отбор должен подталкивать эволюцию в данном направлении. Другими словами, теория Геодакяна критически зависит от все того же группового отбора. Этот отбор то ли есть, то ли его нет, но в конце XX века любая научная гипотеза, на него опирающаяся, рассматривалась научным сообществом с огромным подозрением. Не помогло этой теории и то, что Виген Артаваздович пользовался весьма своеобразным концептуальным аппаратом, в котором значительное место занимала модная в 1960-х кибернетика, зато почти совсем не было ни молекулярной биологии, ни уравнений популяционной генетики. Тем, кто хочет вникнуть в его идеи максимально глубоко, можно порекомендовать книгу «Два пола. Зачем и почему? Эволюционная теория пола», составленную сыном профессора Геодакяна и группой его учеников.
Передо мной в этой главе стояла сложная задача: отдать должное научной проницательности этого яркого ученого, но одновременно не ввести читателей в заблуждение и главным образом не приумножить число невежественных конспирологов, для которых самое важное в геодакяновских идеях – это тот факт, что официальная наука их высокомерно отвергла, потому что именно так всегда бывает с настоящими революционными теориями вроде планеты Нибиру или молекулярной памяти воды. Надо признать, такая задача оказалась мне не по силам. Все, что мне оставалось делать, – это восполнить свою беспомощность пространной цитатой из замечательного биолога-популяризатора Бориса Жукова, который по моей просьбе написал для портала «Сноб» статью о теории пола профессора Геодакяна.
Геодакян подошел к эволюции как к абстрактной кибернетической задаче. Вот у нас есть некая система, основная цель которой – максимально сохранить свою структуру, зафиксированную в геноме. Но она существует в среде, которая постоянно изменяется, создавая нашей системе всё новые угрозы и вызовы. Чтобы не разрушиться, система должна изменяться соответственно требованиям среды, но при этом она не способна предвидеть ни изменения самой среды, ни сколько-нибудь отдаленные последствия собственных изменений. В такой ситуации один из возможных способов минимизировать риски – это разделиться на две подсистемы. Одна будет подвергаться всем вызовам среды и обладать повышенной изменчивостью. Изменения, конечно, будут случайными, и в большинстве случаев совершенно бесполезными, но есть надежда, что среди них найдутся и такие, которые позволят справиться с вызовами среды. Другая же часть будет менее изменчивой и, насколько возможно, ограждена от непосредственного контакта с неблагоприятными факторами среды. Ее задача – сохранять уже накопленную информацию. При этом первая подсистема будет постоянно передавать второй те изменения, которые окажутся удачными. Однако их включение в корпус информации, хранимый второй подсистемой, будет достаточно длительным. Так что, если вдруг окажется, что какое-то новшество полезно в краткосрочной перспективе, но губительно в более отдаленном будущем, у системы в целом есть шанс отыграть назад.
Вот такими двумя подсистемами, по мысли Геодакяна, и являются два пола. Самцы – это разведчики, авангард эволюционирующего вида и его расходный материал. Они отвечают на вызовы среды, они ищут новые возможности, и они же расплачиваются за неудачные находки, снимая это бремя с самок – хранительниц генофонда вида.
В таком изложении это звучит абстрактно и даже несколько отдает натурфилософией. Но из гипотезы Геодакяна следуют утверждения, которые могут быть проверены. Если все обстоит так, то у самцов должно возникать больше мутаций, чем у самок. У них должна быть более узкая норма реакции – иными словами, возможности изменения того или иного внешнего признака без изменения генома (за счет тренировок, физиологической адаптации и т. д.) у них должны быть меньше. Они должны быть более склонны к миграциям, к новым формам поведения (скажем, к употреблению новых кормов), к любого рода отклонениям от видовой нормы. Наконец, половой диморфизм по какому-то признаку (т. е. ситуация, когда самцы и самки по нему существенно различаются – пусть даже не стопроцентно, а статистически) может указывать на то, что этот признак в данный момент находится в процессе эволюционного изменения. Причем меняется он от «самочьего» состояния к «самцовому».
Достаточно сформулировать эти предсказания – и подтверждающие их примеры сами во множестве приходят в голову. Действительно, у мужчин половые хромосомы непарные X и Y. При этом Y-хромосома несет всего несколько десятков генов (в основном те, что необходимы для запуска развития эмбриона по «мужскому» пути), так что гены, расположенные в Х-хромосоме (а их около 1400), у мужчин имеются в единственном экземпляре. И если в каком-то из них произойдет значимая мутация, она беспрепятственно проявится в фенотипе. В то же время у женщин такая же мутация в таком же гене, скорее всего, никак не проявится – ведь у нее есть еще одна Х-хромосома, а в ней – стандартная версия гена, которая с высокой вероятностью компенсирует влияние мутации. Вот вам и разница в ширине нормы реакции и в жесткости связи между генотипом и фенотипом.
Склонность самцов к дальним странствиям описана для многих видов. Порой она уводит их далеко за пределы видового ареала. Так, например, в XIX и начале XX века неоднократно отмечались случаи захода туранских (среднеазиатских) тигров на Алтай, а амурских – в Забайкалье и на юг Якутии, т. е. за много сотен километров от обычных мест их обитания. И всегда это были взрослые самцы. Такие самцы-«землепроходцы» известны не только у тигров и вообще крупных кошек, но и у множества других животных, в том числе насекомых (например, богомолов).
С половым диморфизмом картина гораздо сложнее. Самые яркие и известные примеры этого явления – признаки, служащие для того, чтобы соплеменники их обладателя сразу видели, кто перед ними – самец или самка. Если бы такие признаки эволюционировали так, как это следует из теории Геодакяна, – т. е. их состояние у самок постепенно приближалось бы к самцовому, – это привело бы к утрате ими своей функции. Вряд ли когда-нибудь павы отрастят себе роскошные хвосты, как у павлинов, а самки полярного дельфина нарвала – знаменитый «рог единорога», длинный прямой бивень, которым щеголяют самцы этого вида. И все же, глядя на рога самки северного оленя (единственного вида настоящих оленей, у которого рогаты оба пола, хотя рога самок обычно намного меньше, чем у самцов), бороду козы, гребешок курицы, трудно отделаться от впечатления, что и на такие признаки «эффект Геодакяна» в какой-то мере влияет.
Проблема, однако, в том, что для любого из этих тезисов можно подобрать контрпримеры – ситуации, когда все происходит с точностью до наоборот.
У людей мужчины в среднем крупнее женщин. По теории Геодакяна, это должно означать, что наш вид эволюционирует в сторону увеличения размеров тела, – и данные палеонтологии это более или менее подтверждают. Но волосяной покров на теле у мужчин развит обычно куда сильнее – хотя в эволюции этот признак явно менялся в «женскую» сторону. И подобных казусов тоже можно найти сколько угодно.
Но не будем спешить списывать гипотезу Геодакяна в архив красивых, но неверных теорий (коих в истории науки немало). В конце концов, законы Менделя выполняются, мягко говоря, далеко не для всех наследственных признаков – в большинстве случаев картина наследования куда сложнее. Однако именно эти законы позволили понять принципиальный механизм передачи генетической информации – а уже на основе этого понимания в конце концов удалось разобраться со множеством более сложных случаев.
Возможно, и теория Геодакяна могла бы стать такой базовой моделью, «нулевой гипотезой». Но для этого она должна стать основой исследовательской программы – системы экспериментальных, статистических и прочих исследований, направленных на проверку ее выводов, очерчивание области их применимости, возможную модификацию или даже на опровержение. Этому, однако, препятствуют два обстоятельства.
Во-первых, гипотеза Геодакяна долгое время была практически неизвестна за пределами русскоязычного научного сообщества. В последние десятилетия, правда, это положение изменилось (в основном усилиями российской научной диаспоры), и теперь ее краткое изложение можно увидеть даже в англоязычной «Википедии».
Другая трудность заключается в том, что эта теория – и сами категории, в которых она изложена, – не очень вписывается в современный эволюционный дискурс. Принципиальным для нее является взгляд на раздельнополость как на свойство, полезное для вида в целом, для эволюционирующей популяции – но не для отдельных генов и особей. Такой взгляд плохо воспринимается сообществом, в центре внимания которого – «война полов», конфликт поколений за размер родительского вклада и тому подобные понятия. И это сильно сказывается на восприятии теории Геодакяна – хотя она не столько противоречит модным ныне концепциям, сколько просто смотрит на те же явления под другим углом и в другом масштабе.