В классической книге Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского и его учеников «Краткий очерк теории эволюции» перечислены четыре фактора микроэволюции: мутационный процесс, волны жизни (тут имеется в виду дрейф генов), изоляция и естественный отбор. Обратим внимание: половой процесс среди факторов эволюции не фигурирует. В старых биологических книгах его зачастую словно бы не замечают — как слона в комнате.

Формальные основания для этого есть. Факторы микроэволюции по определению должны влиять на частоты генов, то есть на распространенность тех или иных генов в популяции (на самом деле это частоты аллелей, но мы сделаем вид, что не нуждаемся в этой оговорке). Половой процесс сам по себе ничего подобного не делает. Он может только создавать новые комбинации уже имеющихся генов, подставляя их под действие беспощадного естественного отбора.

В то же время трудно переоценить значение половых процессов — то есть процессов обмена генами — для самой структуры жизни на Земле. Например, без полового процесса попросту не существовали бы биологические виды (по крайней мере в том смысле, какой обычно вкладывают в это понятие сторонники синтетической теории эволюции). В самом деле, видом сейчас, как правило, называют группу популяций, между которыми есть регулярные потоки генов. А как они обмениваются генами? Конечно же, через половое размножение.

Но зачем половое размножение вообще появилось? Это — сложнейшая проблема, которую известный биолог Грэм Белл (Graham Bell) назвал «королевой проблем эволюционной биологии». Ей-то и посвящена книга Алексея Алексенко «Секс с учеными».

Несмотря на игривое название, это вполне серьезная книга, битком набитая сведениями из генетики, молекулярной биологии и эволюционной теории. Правда, автор — не только молекулярный генетик, но и матерый журналист, поэтому научный материал, местами по-настоящему сложный, у него щедро разбавлен разговорной речью с шутками и прибаутками. Получился внушительный научно-популярный труд, не уступающий по качеству книгам Александра Маркова (который, кстати, был здесь научным редактором).

Книга Алексенко состоит из четырех частей — точнее, из трех больших частей и одной маленькой. Первая из трех больших частей рассказывает о проблеме происхождения полового процесса как такового. Вторая — о происхождении и эволюции разделения полов. А третья часть целиком посвящена сложному, загадочному и очень важному для земных живых организмов процессу, который называется мейозом (это то самое специфическое деление, в результате которого у животных образуются половые клетки).

Первое, что нужно сказать: совокупная сложность всех этих проблем ошеломляет. Автор пощадил читателей и сделал список литературы очень скромным, но попытка с ним ознакомиться все равно, что называется, взрывает мозг. Тот факт, что автору все же удалось проложить путь сквозь эти интеллектуальные дебри, следует считать его большой заслугой. Путь, впрочем, получился довольно извилистым. Но в данном случае это скорее плюс, чем минус. Книга «Секс с учеными» не просто знакомит читателя с одной частной группой проблем — она дает некоторое представление о том, как устроена современная эволюционная (и молекулярная) биология в целом.

Пройдемся бегло по основному содержанию книги. Первая часть, как уже сказано, рассказывает о гипотезах, объясняющих, зачем вообще живым организмам нужны половые процессы. Очень условно эти гипотезы можно разделить на «позитивные» и «негативные». «Позитивные» гипотезы предполагают, что половой процесс дает нечто полезное, «негативные» — что он, наоборот, помогает избавиться от чего-то вредного. Первая «позитивная» гипотеза связана с именем Августа Вейсмана, первая «негативная» — с именем Германа Мёллера. Вейсман считал, что половой процесс, перемешивая гены, создает новые сочетания признаков и тем самым поставляет материал для естественного отбора. В начале XX века это выглядело убедительно. Но во второй половине века, и особенно после выхода книги Джорджа Уильямса «Адаптация и естественный отбор», биологам стало ясно, что такие объяснения не выдерживают критики. Эволюция слепа, она движется только на ощупь. Какой прок ныне живущим поколениям от того, что их гены когда-то в неопределенном будущем, возможно, образуют новые перспективные сочетания? Да никакого. Преимущество от такой дорогостоящей адаптации, как половой процесс, должно быть немедленным и весомым — иначе тот же естественный отбор сразу отметет ее.

Герман Мёллер подошел к проблеме с другой стороны. Пусть в популяции любого вида организмов с некоторой частотой происходят вредные мутации. Мутационный процесс по своей природе случаен, поэтому мутации будут распределены по всем особям более-менее равномерно. Если эти мутации — не смертельные, а всего лишь слабовредные, то они могут надолго «зависать» в популяции, портя ее генофонд. Как от них избавиться? Вот тут приходит на помощь перемешивание генов половым процессом. В результате такого перемешивания равномерность нарушается: какие-то удачливые особи окажутся вовсе свободными от мутаций, а каким-то неудачливым, наоборот, достанется по несколько вредных мутаций сразу, и они будут вместе с этими мутациями уничтожены отбором. Получается, что половой процесс помогает избавляться от опасных мутаций по принципу «Сложить тухлые яйца в одну корзину и уронить корзину».

Увы, такие умозрительные построения были хороши сто лет назад. Сейчас требования стали несравненно строже: гипотезы, подобные мёллеровской, нужно подтверждать расчетами или результатами секвенирования геномов, а лучше и тем и другим сразу. И что же в результате? Ни одна из существующих гипотез, объясняющих половой процесс, не проходит современную суровую проверку достаточно хорошо, чтобы обойти всех своих соперников. Дискуссия продолжается, и конца ей пока не видно. «Негативный» подход Мёллера поддержал Алексей Симонович Кондрашов, который сделал поправку на взаимодействие генов и разработал математическую модель, показывающую, что при некоторых условиях мёллеровская логика действительно должна работать. Но и кондрашовская модель оказалась не универсальной. К тому же у нее были и есть сильные конкуренты. «Позитивный» подход Вейсмана был в какой-то мере продолжен Уильямом Гамильтоном, который предположил (в свою очередь подкрепив это предположение сложной математической моделью), что «перетасовка» генов половым процессом помогает организмам адаптироваться к давлению вездесущих паразитов. Есть и другие гипотезы, причем тоже основанные на изрядном числе фактов. В общем, «на самом деле все гораздо сложнее»; автор обсуждаемой книги терпеть не может эту формулировку (он называет ее «присказкой недоучек»), но в узких рамках рецензии сказать иначе трудно. В самой же книге изложение честно доводится до передовых рубежей современной науки.

Вторая часть книги рассказывает о происхождении анизогамии, то есть дифференциации половых клеток на мужские и женские, и раздельнополости, то есть разделения особей на самцов и самок. Подчеркнем, что это на самом деле две отдельные проблемы. Скажем, у многих улиток анизогамия есть (половые клетки у них, как и у всех многоклеточных животных, совершенно четко разделены на мужские и женские), но никакой раздельнополости нет: каждая особь — гермафродит. В свою очередь, если уж раздельнополость возникает, она требует тонкой регуляции соотношения полов и в большинстве случаев (но не всегда) приводит к образованию половых хромосом; их происхождение и эволюция — сложный сюжет, тоже достаточно подробно обсуждаемый в книге.

Третья часть — о мейозе, без которого половое размножение эукариот было бы невозможно. Автор сначала описывает причудливый механизм мейоза, а потом кратко разбирает основные гипотезы его происхождения. Не будем окончательно запутывать читателя их разбором, но просим поверить на слово: здесь тоже хватает красивых и неочевидных идей.

И все же: зачем возникло половое размножение? Было его возникновение предрешено законами природы или нет? А вот этого никто не знает.

Написать комментарий