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

Птицы сталкиваются с другой проблемой. Если у человека и большинства млекопитающих разнополые хромосомы (X и Y) носит самец, а самка имеет две X, то у птиц мы наблюдаем зеркально противоположную картину. Чтобы не путаться, птичью систему называют ZW-определением пола. У самки две разные половые хромосомы (Z и W), у самца — две одинаковые (ZZ). Теперь представьте: самка откладывает яйцо с одинарным набором хромосом, и оно вдруг начинает развиваться без оплодотворения. Обычно сначала происходит удвоение всех хромосом — яйцо как бы имитирует оплодотворенное. В итоге все эмбрионы получаются либо WW, либо ZZ. Эмбрионы WW нежизнеспособны. А вот ZZ развиваться могут. У индеек, например, изредка регистрируют такие случаи спонтанного развития. Но даже если бы эти особи были абсолютно здоровыми (а они обычно далеки от этого), все они — самцы! Вот и все — бесполая линия обрывается уже в первом поколении.

Впрочем, из этого тупика можно найти выход. Если птица случайно удвоит все хромосомы еще до формирования яиц, то яйца изначально будут содержать двойной набор и некоторые окажутся ZW. Но бесполое размножение у птиц — это все-таки экзотика, разовая аномалия, а не жизнеспособная стратегия. Нам известно несколько случаев у птиц в зоопарках — там мы точно знаем, что самка не спаривалась. Считается, что изредка неоплодотворенное яйцо может спонтанно начать развиваться. Недавно из Бекмановского центра охраны природы при зоопарке Сан-Диего пришла совсем уж странная новость. Две самки калифорнийского кондора в питомнике произвели на свет сыновей с хромосомами ZZ, у которых генетический анализ показал только материнское происхождение. Это удивительно само по себе, но еще больше поражает, что рядом с ними жил самец, который успешно стал отцом других птенцов.

Если не считать птиц и млекопитающих, во многих группах организмов есть виды, где самки постоянно размножаются без генетического участия самцов, и это не единичные курьезы, а норма жизни. Нам известны около 50 видов рыб, амфибий и рептилий, где самцов нет вообще, а самки производят дочерей без отцов. Обитающие в штате Нью-Мексико ящерицы-хлыстохвосты и амазонские моллинезии откладывают яйца, которым не нужен генетический вклад спермы для развития. У моллинезий вообще наблюдается интересный парадокс: самкам все-таки приходится спариваться с самцами родственного вида, сперма запускает развитие яйца, но генетически в потомстве никак не участвует.

Многие осы тоже размножаются бесполым путем. Возьмем паразитическую осу Lysiphlebus fabarum: в одной популяции есть и бесполые особи (матери производят дочерей без отцов), и обычные. Интересно, что «решение» самки стать бесполой зависит всего от одного гена. Чтобы размножаться партеногенетически, самке нужно иметь обе копии определенного гена одного из двух конкретных вариантов. Резонный вопрос: как мы вообще это выяснили, если бесполые самки по определению не спариваются с самцами? Хитрость в том, что примерно один из 3000 потомков бесполых самок — самец. Этих редких самцов можно скрестить с обычными самками (размножающимися половым путем) и таким образом разобраться в генетике бесполости.

Впрочем, бесполое размножение не всегда идет через яйцо. Морские звезды, например, могут отбросить луч — он вырастет в полноценную морскую звезду, а «родитель» восстановит утраченную конечность. Таким образом, одна особь превращается в две. Гидра — трубчатое беспозвоночное с венчиком щупалец — производит потомство почкованием: маленькая, но полноценная гидра вырастает прямо из тела родителя.

Один из моих любимых примеров бесполого размножения — растение, которое недавно захватило Британию. Veronica filiformis — скромный на вид цветок с голубыми лепестками, который теперь можно встретить на газонах по всей стране (в народе его называют вероникой). Это не местный вид — родом он из Турции и Кавказа, а в Британию попал в 1808 году как садовое растение. Но вероника сбежала из садов, первые дикие экземпляры обнаружили в 1838 году. А в последнее время она распространялась настолько стремительно, что стала неотъемлемой частью британских газонов. Парадокс в том, что все британские вероники стерильны (я часто проверяю, когда вижу их, — ни разу не нашел растения с семенами). Как же стерильное растение умудрилось так преуспеть?

Удивительная особенность этого растения заключается в том, что оно распространяется с помощью газонокосилок и граблей. Каждый раз, когда веронику скашивают, срезанные кусочки укореняются и дают начало новым растениям. Вероника захватывает и Западную Европу. Похоже, она попала туда с корнями виноградных саженцев из Грузии в конце XIX века. С тех пор каждая фрагментация запускает новую волну расселения. Анализ инвазивных растений под Москвой показывает: вероника продвигается на четыре километра к северу и на 10 километров к югу ежегодно. Впечатляющий результат для растения, которое не может ни ходить (это очевидно), ни производить семена.

Бесполое размножение — классическая эволюционная загадка. Парадокс в том, что на бумаге бесполость выглядит безупречной стратегией. Самцы (в основном) не нужны, искать партнера не надо. У видов без ZW-хромосом нет сыновей, а сыновья, как мы убедились, — балласт. Мать тратит энергию на производство сыновей, но те не вкладываются в следующее поколение, их вклад ограничивается крошечным сперматозоидом с ДНК. При соотношении полов 50:50 (а это типичная ситуация) бесполая линия способна расширяться лавинообразно: одна самка дает двух дочек, те дают четыре, потом восемь, 16, 32, 64 и так далее. А при половом размножении самка в среднем оставит после себя одного сына и одну дочь — никакого роста популяции. Стремительная экспансия вероники — наглядное доказательство того, насколько выгодно обходиться без самцов.

Но есть и другая сторона медали: если взглянуть на древо жизни целиком: бесполые виды — это всегда одинокие тупиковые веточки, а вокруг них — сплошь половые родственники. У нашей Veronica filiformis все ближайшие родичи — обычные половые вероники, причем десятки разных видов. Вывод напрашивается сам: в эволюционной перспективе бесполость обречена. Если бы она была хорошей долгосрочной стратегией, мир кишел бы бесполыми организмами, а половое размножение осталось бы забавной аномалией, редкими веточками-чудаками на эволюционном древе.

Из правила «бесполые виды — всегда тупиковые веточки, а не пышные ветви древа жизни» могут быть странные исключения. Самое яркое — несколько сотен видов бделлоидных коловраток. Это крошечные, миллиметровые трубчатые существа, у которых никто никогда не видел самцов. Поройтесь во мху или загляните в лужу из водосточного желоба — наверняка наткнетесь на этих удивительных беспозвоночных. Целое семейство из сотен бесполых видов? Это было бы сенсацией. Если верить расчетам, они живут без секса уже 40 миллионов лет (когда вам кажется,