Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 133

"Так вот, всем рассказываю замечательный пример из жизни эгоистичного гена, который я наблюдала воочию в лабораторных условиях. Передо мной стояла задача наработать в бактериях продукт одного непонятного гена

И тут оказалось, что продукт нужного мне гена токсичен для бактерий, и как только ген начинает работу, все бактерии дохнут.

Это прекрасная иллюстрация эгоистичности гена антибиотика".

Да нет же, уважаемая progenes! Это прекрасная иллюстрация эгоистичности бактерий, с которыми Вы работаете!

Смотрите: в бактерию внедрили два гена. Она помещена в среду, где один из этих генов полезен (ген устойчивости к антибиотику полезен в присутствии этого антибиотика). Второй вначале не работает, но в какой-то момент в ряду поколений по Вашему сигналу включается и начинает вредить. Гены (с этой точки зрения) — всего лишь некоторые из приспособлений бактерий к среде (их «информационные органы», если хотите). Если у бактериальных клеток хватает времени, чтобы реорганизовать собственный генотип (возможно, тут допустима аналогия с экспериментами Дж. Кэйрнса), некоторым из них удаётся сохранить полезный ген и выключить вредный. Конечно, отбор тут же поддерживает этих индивидов.

По мнению progenes, мы увидели следствие «стремления» гена устойчивости продолжить самокопирование. Так рассуждать можно? Да! Но мне кажется более логичным учесть, что сохранил активность тот ген, который способствовал выживанию индивида, и описать всю коллизию как следствие отбора индивидов, а не генов.

Итак, во многих случаях мы можем объяснять эволюцию, трактуя её и как отбор генов, нацеленный на их более эффективное копирование, и как отбор особей, нацеленный на их более эффективное размножение. Но для выяснения отношения между двумя подходами особый интерес представляют случаи, которые можно объяснить только с одной точки зрения. Поэтому давайте найдём примеры, относящиеся к двум группам:

отбор поддерживает повышение эффективности копирования гена, несмотря на то что это не способствует (или даже вредит) размножению особей;

отбор поддерживает повышение эффективности размножения особей, несмотря на то что это не способствует (или даже вредит) копированию их генов.

Эти ситуации кажутся вам гипотетическими? Не торопитесь!

Пример из первой группы — мейотический дрейф. Поясняю.

У большинства организмов половые клетки образуются вследствие мейоза — клеточного деления, сокращающего генетический материал вдвое (подробнее — в колонке о чудесах полового размножения). В типичном случае каждая родительская клетка имеет пару гомологичных (соответствующих друг другу) генов — один от матери, другой от отца. Какой из них при мейозе попадет в конкретную половую клетку — дело случая. Обычно такая вероятность очень близка к 50 процентам. Но некоторые гены способны нарушать равновесное распределение и преимущественно попадать в половые клетки. Такое нарушение называется мейотическим дрейфом (или мейотическим драйвом).

Так вот, отбор благоприятствует генам мейотического дрейфа. В отсутствие компенсирующих его эффектов гены дрейфа будут размножаться в популяции всё больше и больше — даже если это не приносит их обладателям никакой выгоды. Иногда это может даже привести к вымиранию популяции! Раз так, отбор в отношении других генов будет способствовать таким их эффектам, которые могли бы заблокировать мейотический дрейф.

Приведу пример. У стебельчатоглазых мух распространён ген мейотического дрейфа, который приводит к тому, что у самцов в половые клетки преимущественно попадает женская половая хромосома, X-хромосома (у этих мух тот же механизм определения пола, что у людей). Половых клеток с Y-хромосомой меньше, и потомство таких самцов состоит преимущественно из самок. Если бы гены мейотического дрейфа добились полной победы, самцы бы исчезли совсем. Но у них есть гены, которые, во-первых, могут сдерживать мейотический дрейф и, во-вторых, вызывают удлинение стебельков, на которых сидят глаза (подробнее в заметке Я.Р. Галимова здесь).

Знаете, чему удивляется эта стебельчатоглазая муха ( Teleopsis dalmanni )? Мейотическому дрейфу!

В потомстве «длинностебельковых» самцов оказывается относительно больше новых самцов. Для популяции с избытком самок это выгодно. Поэтому половой отбор начинает поддерживать самок, предпочитающих «длинностебельковых» самцов. В результате устанавливается равновесие. Длину стебельков в популяции увеличивает половой отбор (предпочтения самок) и повышение доли недостающих самцов в потомстве «длинностебельковых» особей. Обратный эффект оказывает повышение смертности уродцев с глазами, разнесёнными по сторонам...

Пример феномена из второй группы — сам мейоз. С точки зрения эгоистичного гена невозможно понять широкое распространение способа размножения, при котором потомство получает не все гены родителя (репликаторы, по Докинзу), а лишь их случайную половину. Цитирую Докинза («Расширенный фенотип»):

"При бесполом размножении ставки равные и максимальные: у всех репликаторов одни и те же стопроцентные шансы очутиться в каждом из произведённых совместными усилиями потомков. Если же размножение половое, то шансы каждого репликатора вдвое скромнее, однако куртуазный обряд, именуемый мейозом, — «гавот» Гамильтона довольно эффективно обеспечивает всем аллелям равенство возможностей в получении прибыли от совместного репродуктивного предприятия. Другой вопрос, разумеется, в том, почему гавот хромосом столь аристократически учтив. Вопрос чрезвычайной важности, но я трусливо уклонюсь от него. Это один из тех вопросов об эволюции генетических систем, над которыми и более светлые умы бились без особого успеха , один из тех вопросов, которые побудили Уильямса написать, что «в эволюционной биологии намечается нечто вроде кризиса». Я не знаю, почему мейоз таков, каков он есть…".

Зато на языке воспроизводства особей можно объяснить пользу от полового размножения с мейозом. Чтобы не зарываться в непростую тему, сошлюсь на два примера: статьи Александра Маркова ( 2009) и Елены Наймарк ( 2011). Подчеркну, что описанные в этих экспериментах опыты доказали именно пользу полового размножения с мейозом, а не раздельнополости как таковой. Гермафродиты с перекрёстным оплодотворением были бы в описанных ситуациях не менее успешны.

Ой, как стремительно исчерпывается разумно допустимый объём колонки! А знаете, ради чего я рассказывал о том, что в неё поместилось? Ради «подводки» к обсуждению многоуровневого отбора у зелёных лягушек. Что же, в этот раз не судьба...