Неидеальный человек: Почему эволюция оставила нам болезни, ошибки ДНК и уязвимости - Лоуренс Херст

каната: канат жизни утягивает своего обладателя в безопасное место (в яйцеклетку), канат смерти сбрасывает другого с обрыва (в полярное тельце). Я успешно нашел способ случайным образом выбрать одного из вас. Именно это и должен обеспечить материнский мейоз I, и, если говорить метафорически, именно так он и работает. Моя задача выполнена.

А вот ваша задача — нет. Устраивает ли вас такая схема? Наверняка вас так и подмывает заглянуть под повязку, выяснить, какой канат у кого, и, если вам достался тот, что сбросит вас с обрыва, поскорее вырвать канат жизни у соперника и всучить ему канат смерти. Отличная стратегия, вы побеждаете. У нас есть специальный термин для такой стратегии: центромерный драйв, и встречается он довольно часто — у мышей, например, это явление хорошо изучено. Пока после всех ваших махинаций в живых остается только один, меня это вполне устраивает.

Но вот что интересно: допустим, вы принимаете доставшийся канат как данность, но, почувствовав, что вас тянут к обрыву (канат смерти), изо всех сил пытаетесь его бросить и ухватиться за канат жизни — и вам это не удается? Тут расчет любопытный. Если вы знаете, что вас ждет верная смерть, хуже уже не будет. Вы и так погибнете, чего вам терять? Если не получится идеальный вариант (вы забираете канат жизни, а сопернику достается канат смерти), вы оба можете вцепиться в канат жизни и оказаться в яйцеклетке. Или, возможно, вы просто застрянете на краю обрыва. В таких случаях я — главный распорядитель упорядоченного деления хромосом — буду крайне недоволен. Помните, мне нужно, чтобы выжил только один. Но вот парадокс: если существует репродуктивная компенсация, вы выигрываете, убив яйцеклетку!

Странно осознавать, что спровоцированная центромерой гибель эмбриона из-за потери или приобретения хромосомы может оказаться выигрышной стратегией. При избытке хромосом вы как бы заявляете: «Если мне суждено погибнуть в полярном тельце, я останусь в яйцеклетке и убью ее». При нехватке хромосом логика такая: «Если я отправляюсь в полярное тельце, ты, мой соперник, пойдешь со мной и яйцеклетка погибнет». В обоих случаях вы в выигрыше, ведь гибель яйцеклетки приводит к перераспределению ресурсов, от которого вы получаете выгоду. Фактически, провалив первый раунд игры, вы вынуждаете меня как главного распорядителя начать игру заново. Строго говоря, не вы выигрываете — вы-то находитесь в погибшей яйцеклетке. Но ваш идентичный близнец (центромера), участвующий в следующем раунде, побеждает, так что в итоге победа за вами.

Эта довольно причудливая идея требует пояснения. Трудно поверить, что такое поведение может быть эволюционно выгодным, но простой расчет все расставляет на свои места. Представим мать, которая вырастит только двоих детей. При нормальном мейозе I наша коварная центромера оказывается «счастливчиком» в половине случаев и в среднем попадает к одному из двух потомков. Ей достается канат жизни. То есть, если она ведет себя честно, частота ее передачи составляет 0,5. Но представим, что в той половине случаев, когда ей не суждено передаться потомству (ей достался канат смерти), она губит эмбрион — сразу же бросает свой канат и оставляет эмбрион с лишней хромосомой. Эмбрион погибает. У человека мать, сэкономив ресурсы и время, быстро беременеет снова. На этот раз та же центромера (точнее, идентичная копия центромеры-саботажника) получает еще 50% шансов на передачу, что дает в среднем присутствие в 1,5 из двух детей. Если бы она смирилась со своей участью, то в среднем оказалась бы только в одном из двоих детей. Благодаря хитрости она стала встречаться чаще.

Более того, если с третьим эмбрионом фокус не удается, центромера может продолжать губить эмбрионы снова и снова, пока наконец не появятся двое выживших потомков. И тогда она передастся им обоим. Как только вы понимаете, что вам достался канат смерти, при наличии репродуктивной компенсации единственный способ выиграть — бросить канат, особенно если это приведет к гибели эмбриона.

Похожая логика работает у видов, рождающих сразу несколько детенышей (мыши, собаки и другие). У мыши в утробе может развиваться, скажем, 10 эмбрионов. Коварная центромера в среднем окажется у пяти из них с нормальным набором хромосом. Другую половину эмбрионов та же центромера убивает. Мать перераспределяет ресурсы, предназначавшиеся погибшим эмбрионам, между выжившими. А поскольку у выживших есть та самая коварная центромера, она оказывается в выигрыше.

Говоря «выигрывает», мы имеем в виду следующее: когда такой вариант появляется в популяции, его частота будет расти — точно так же, как растет частота гена черной окраски у мотыльков на деревьях, покрытых копотью. Но в нашем случае центромера распространяется вовсе не потому, что приносит пользу нам, ее носителям, как раз наоборот. И все же принцип остается тем же. Нас интересует судьба новых мутаций на начальном этапе, когда они еще редки, а появление коварных центромер — это тоже своего рода мутация. Если они способны увеличивать свою частоту, будучи редкими — неважно по какой причине, — мы будем видеть их все чаще и чаще.

Сравним это с тем, что происходит, например, у рыб. Рыбы обычно мечут икру: самка выпускает икринки в воду, самец орошает их спермой, и оплодотворенные икринки уплывают по течению. Что произойдет с хромосомой, бросившей канат смерти? Ей не станет хуже. Но и лучше тоже не станет. Гибель эмбриона не заставит мать быстрее произвести новую кладку. Поскольку потомство просто выпускается в воду, ресурсы не высвобождаются для перераспределения между другими эмбрионами. Нет ни плацентарной передачи питательных веществ, ни вскармливания после вылупления. Любопытно, что у птиц может быть небольшое преимущество. Хотя мать не станет размножаться раньше, а весь желток уже заложен в яйца, меньшее количество голодных ртов (в буквальном смысле) может позволить ей немного сэкономить свои силы. Показательно, что у рыб самая низкая частота хромосомных ошибок, у птиц — небольшая, но заметная частота потерь и приобретений хромосом, а у млекопитающих — самая высокая.

Правда, среди млекопитающих есть одно исключение: у инбредных мышей частота потерь и приобретений хромосом невысока. Но дело в том, что у инбредных мышей два участника нашей игры на краю обрыва — генетические близнецы. Если вы один из пары идентичных близнецов, вам следует принять доставшийся канат, ведь неважно, кто схватит канат жизни — это будете либо вы, либо генетически идентичная вам центромера. Иными словами, мутантная центромера у инбредного вида, убивающая эмбрионы, не может увеличить свою частоту в популяции: с каждой гибелью эмбриона она фактически убивает себя дважды, и перераспределение ресурсов не компенсирует такие потери. Та же логика объясняет, почему этот процесс характерен именно