Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

При мейотическом партеногенезе яйцеклетки проходят мейоз, теряя при этом половину своих хромосом, но затем восполняют эту утрату удвоением числа хромосом в ядрах без деления ядер (и самих клеток). Такое «удвоение без деления» называется эндомитозом (внутренним митозом).

Существует и второй путь восполнения утраченных хромосом, но для понимания его нужно ознакомиться с нюансами образования яйцеклеток. Этот процесс называется оогенезом, а процесс образования сперматозоидов – сперматогенезом.

Сперматогенез и оогенез

Посмотрите на рисунок и сравните конечный результат. Из клетки-родителя, имеющей полный диплоидный набор хромосом, в результате двух мейотических делений образуется четыре гаплоидных сперматозоида и всего одна гаплоидная яйцеклетка.

Вот почему яйцеклетка одна, а сперматозоидов четыре? И почему в результате оогенеза образуются какие-то непонятные полярные тельца?

Дело в том, что яйцеклетке, в отличие от сперматозоида, функция которого состоит только в доставке генетического материала, после оплодотворения нужно делиться, причем весьма активно. Для осуществления любого процесса требуются энергетические ресурсы, которые находятся в цитоплазме. Поэтому было бы нерационально делить цитоплазму со всем ее содержимым поровну между всеми четырьмя яйцеклетками, образующимися в процессе мейоза. В результате такого равноценного деления получились бы четыре «недояйцеклетки», не обладающие достаточным количеством ресурсов для активного размножения. Но в то же время в процессе оогенеза дважды надо как-то избавляться от половины имеющихся хромосом, избыток которых ни к чему хорошему привести не может. Для удаления ненужных хромосом образуются полярные тельца, не очень-то жизнеспособные клетки, смысл существования которых заключается в устранении лишней половины диплоидного набора хромосом, который образуется при мейотическом делении в яйцеклетке. Образно полярные тельца можно сравнить с мусорным ведром, в которое выбрасываются ненужные хромосомы.

Вскоре после образования полярные тельца погибают, но если до того момента с одним из них соединится яйцеклетка, то в ней восстановится полный набор хромосом. Вот вам и второй путь восполнения утраченных хромосом.

Но бывает и так, что новый организм развивается из гаплоидной яйцеклетки, живет с половинным набором хромосом и прекрасно себя чувствует. Такое происходит только с самцами у некоторых видов перепончатокрылых насекомых (например, муравьев) и у коловраток, микроскопических многоклеточных животных, похожих на червей.

Генетическая сущность партеногенеза та же, что и у всех видов бесполого размножения: дочерний организм является копией материнского.

Первые клетки, от которых пошло все живое на нашей планете, размножались бесполым способом. Так, во всяком случае, принято считать сейчас.

Бесполое размножение имеет ряд преимуществ.

Во-первых, бесполое размножение экономичнее. При нем не надо тратить время и энергию на поиски партнера и терять впустую большое число половых клеток. Во время полового акта у человека к яйцеклетке одновременно устремляется не менее сорока миллионов сперматозоидов. Сорок миллионов! А в оплодотворении участвует всего один. Оцените потери. Комментарии здесь излишни.

Во-вторых, бесполое размножение происходит быстрее. Быстрота выгодна. «Кто успел, тот и съел», – гласит народная мудрость. Нужно успеть размножиться и захватить новый ареал обитания… Нужно успеть размножиться, пока не съели враги… И так далее.

В-третьих, при бесполом размножении все дочерние особи практически полностью идентичны материнской особи. Изменения в генотипе происходят редко, следовательно, вероятность генетических отклонений от нормы мала. А ведь отклонения бывают не только полезными, но и вредными. Стоит ли рисковать? Как говорится, от добра добра не ищут.

Так почему же природа в ходе эволюции перевела подавляющее большинство животных и высших растений на половое размножение?

Этот вопрос можно сформулировать иначе: почему особи, размножающиеся половым путем, оказались более жизнеспособными и широко распространились по нашей планете?

В чем состоит выгода полового размножения?

В постоянных, а если точнее, то в регулярных изменениях генотипа. Всякий раз, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, образуется особь с уникальным набором генов, а соответственно, и признаков!

Регулярные изменения генотипа дают множество вариантов.

Риск оправдан, поскольку среди этих вариантов, то есть среди особей, родившихся в результате оплодо-творения сперматозоидом яйцеклетки, всегда найдутся те, кто лучше других приспособлен к условиям окружающей среды. Разумеется, будут и такие, которые приспособлены хуже, ведь у любой медали есть две стороны. Но в целом генетическое разнообразие, как вы уже знаете, в эволюционном смысле выгоднее однообразия. В конечном итоге виды, размножающиеся половым путем, быстрее адаптируются к постоянно изменяющимся условиям внешней среды и обладают лучшей выживаемостью.

«К постоянно изменяющимся» – в этом-то вся соль. Условия внешней среды изменяются постоянно и неустанно. Если бы они не изменялись, то бесполое размножение было бы выгоднее полового. Приспособился один раз к постоянным условиям – и живи, наслаждайся.

Призыв не прогибаться под изменчивый мир хорош для песни, но для реальной жизни он не годится. Никогда эта изменчивая окружающая среда не «прогнется» под нужды и чаяния отдельного организма или даже целой группы организмов. У организмов нет выбора. Формально он есть – приспосабливайся или погибай, – но что это за выбор?

«Изменяйся вместе со средой, старайся приспособиться к ней как можно лучше!» – вот единственный лозунг матери-эволюции, и половое размножение соответствует ему как нельзя лучше.

В животном мире, к которому мы с вами имеем честь принадлежать, преобладает раздельнополость особей. Существуют самцы и самки, два типа организмов, четко различающихся в половом отношении. Причем эти различия касаются не только половых органов, а всего организма в целом. Самцы и самки различаются по конституции (внешнему виду), по обмену веществ, по поведению и по многим другим признакам.

В растительном мире, напротив, преобладает герма-фродитизм – одновременное или последовательное наличие у организма мужских и женских половых признаков и репродуктивных органов. Среди животных гермафродитизм распространен прежде всего среди беспозвоночных (плоские черви, некоторые виды кольчатых и круглых червей, а также моллюски), ракообразных и некоторых насекомых. Среди позвоночных гермафродитов преобладают рыбы.