Коллектив авторов - Эволюция. От Дарвина до современных теорий [litres]

Рис. 5.2. Мир, пригодный для животных: в процессе фотосинтеза вырабатывается кислород, которым мы дышим.

Сейчас почти каждый биохимический процесс на планете так или иначе зависит от солнечной энергии.

Птицы этим занимаются. Пчелы этим занимаются. Для подавляющего большинства видов единственный способ воспроизведения – половое размножение. И оно ответственно за самые красочные биологические шоу на планете – от массового нереста кораллов, который виден из космоса, до различных проявлений, как, например, рога оленя и танец птицы-шалашника. Некоторые биологи считают, что к сексуальным проявлениям стоит отнести поэзию, музыку и искусство. Можно даже сказать, что секс отвечает за поддержание самой жизни. Виды, отказывающиеся от сексуальных отношений, почти всегда вымирают в течение нескольких сотен поколений.

Несмотря на всю важность секса, биологи до сих пор спорят о том, как он появился и почему не подвергся обратной эволюции. Все потому, что на первый взгляд секс выглядит весьма проигрышной стратегией.

Эволюция должна была способствовать бесполому размножению по двум причинам. Во-первых, в битве за ресурсы бесполые виды смогут победить половых. Во-вторых, сперма и яйцеклетка содержат только половину набора генов каждого родителя, то есть организм, использующий половое размножение, передаст лишь 50 % своих генов следующему поколению. Бесполые виды гарантированно передадут 100 % своих генов.

Очевидно, что с этой цепочкой рассуждений что-то не так. Да, это правда, что многие виды, в том числе насекомые, ящерицы и растения, прекрасно обходятся без секса. По крайней мере, какое-то время. Но таких представителей значительно меньше, чем половых.

Стойкий успех секса обычно сводится к тому, что он перетасовывает генетический набор, добавляя вариации и позволяя убирать ненужные (мутации – это как раз то, что в итоге уничтожает большинство бесполых видов). Вариации важны, поскольку позволяют жизни реагировать на изменения окружающей среды, в том числе на взаимодействие с хищниками, добычей и – особенно! – с паразитами. Бесполое размножение иногда сравнивают с покупкой 100 билетов в лотерее, где все номера одинаковые. Куда лучше купить только 50 билетов, но с разными номерами.

Как бы ни был полезен секс сейчас, когда он у нас есть, никто так и не знает, как именно он зародился. Возможно, это было что-то столь прозаичное, как репарация ДНК. Бесполые одноклеточные организмы могли выработать привычку к периодическому удвоению собственного генетического материала, а затем двойному его сокращению. Данный способ позволил бы им восстановить (репарировать) любое повреждение ДНК, «переключаясь» на запасной набор. Схожий обмен ДНК до сих пор отмечается в процессе производства яйцеклеток и сперматозоидов.

Не обошлось здесь и без паразитов. Длинные паразитические ДНК под названием «транспозоны» размножаются путем включения своих копий в стандартный генетический материал клетки. Представьте себе, что транспозон внутри одноклеточного организма приобретает мутацию, позволяющую его клетке-хозяину периодически сливаться с другими клетками перед повторным делением. Транспозон этой примитивной формы секса мог бы распространяться горизонтально между различными клетками. Как только такая мутация возникнет в популяции, паразитический секс распространится довольно быстро.

Могла ли эволюция создать смерть с косой? Да, могла. Но, конечно, не во всех ее проявлениях. Живые существа всегда умирали из-за несчастных случаев, будь то голод или травмы. Но есть еще один вид смерти, в которой клетка – и, возможно, целые организмы – выбирает уничтожение из-за суммарной выгоды для общего блага. Другими словами, смерть – это стратегия эволюции.

Если рассматривать многие разновидности запрограммированной гибели клеток или апоптоза, то вполне очевидно, что в каждом многоклеточном организме присутствует механизм самоуничтожения. У вас на руке – пять пальцев. Они образовались потому, что клетки, которые жили между ними, умерли, когда вы были зародышем. Крошечные эмбрионы размером от 8 до 16 клеток (и всего 3 или 4 деления клеток после оплодотворенной яйцеклетки!) зависят от гибели клеток. Заблокируйте апоптоз, и развитие пойдет не так, как нужно. Не будь смерти, мы бы даже не родились.

Даже будучи взрослыми, мы не смогли бы жить без смерти. Без апоптоза нас бы всех поразил рак. Наши клетки постоянно накапливают мутации, которые угрожают внести хаос в наш упорядоченный и структурированный процесс деления клеток. Но системы надзора внутри организма (например, система, включающая в себя белок р53) под названием «хранители генома» обнаруживают почти все подобные ошибки и отправляют пораженные клетки на самоубийство.

Запрограммированная гибель клеток играет центральную роль и в повседневной жизни. Она обеспечивает постоянный круговорот клеток в слизистой оболочке кишечника и создает на коже защитный внешний слой из мертвых клеток. Как только иммунная система завершает борьбу с инфекцией, лишние лейкоциты совершают самоубийство таким образом, чтобы воспаление прекратилось. Растения также используют гибель клеток как часть радикальной защиты от болезнетворных микроорганизмов, изолируя зараженную область, а затем убивая все клетки внутри.

Возможная выгода от жертвования несколькими клетками для организма вполне ясна. Но эволюция способствовала гибели и целых организмов. Клетки всех высших организмов начинают стареть уже после нескольких десятков клеточных делений, что в конечном итоге приводит к гибели самого организма. Отчасти смерть является одной из мер по защите от бесконтрольного роста.

Одна спорная теория предполагает, что все это является частью встроенной программы генетического старения, которая устанавливает верхний предел длительности нашей жизни.

Большинство эволюционных биологов отвергают идею врожденной «программы смерти». В конце концов, говорят они, животные умирают от старости по-разному, а не каким-то одним способом, как апоптотические клетки. Вместо этого они предлагают рассматривать процесс старения как своего рода эволюционную свалку: у естественного отбора мало причин для избавления от недостатков организма, которые поздно проявляются в жизни. Именно поэтому многие люди доживают до зрелых лет. Но теперь, когда люди в большинстве своем живут дольше репродуктивного возраста, мы столкнулись с тем эволюционным новшеством, которого быть не должно: смертью от старости.

Название уже намекает на некое воровство, обман и скрытый умысел. Но вековая битва между паразитами и их хозяевами является одной из самых мощных движущих сил в эволюции. Без похитителей и любителей пожить за чужой счет жизнь просто была бы другой.