Карл Циммер - Паразиты: Тайный мир

Вероятно, паразиты с начала времен являются движителем эволюции хозяев. Четыре миллиарда лет назад, когда гены только начали объединяться в свободные «конфедерации», паразитические гены легко брали над ними верх и заставляли воспроизводить себя быстрее, чем остальные гены. В ответ ранние организмы, вероятно, «разработали» способ постоянной проверки собственных генов. Такого рода мониторинг и сегодня идет в наших с вами клетках: в них есть специальные гены, которые ничего больше не делают, только ищут генетических паразитов и пытаются подавить их.

Многоклеточные организмы с самого момента своего появления стали для паразитов любимой мишенью: ведь каждый из них представлял собой просторное жилище, богатое пищей. Кроме того, многоклеточным организмам пришлось бороться с паразитизмом нового типа, при котором часть собственных клеток организма пыталась воспроизводиться быстрее других за счет остальной его части (эта проблема существует до сих пор в форме раковых заболеваний). Давление извне и изнутри привело к возникновению первых иммунных систем. Но на каждый шаг, предпринимаемый хозяевами против паразитов, паразиты вольны отвечать своими мерами. Скажем, иммунная система изобретает особую бирку, которую можно навешивать на паразитов, чтобы делать их более узнаваемыми; такого «меченого» паразита куда легче убить. Но после этого паразит может изобрести инструмент, при помощи которого можно избавиться от навешенной бирки. Иммунная система в ответ становится еще более изощренной: так, 500 млн лет назад позвоночные развили у себя способность распознавать при помощи Т- и В-клеток конкретные типы паразитов и производить антитела к ним.

Не стоит думать, что эти эволюционные догонялки имели место лишь в далеком прошлом, в глубинах времени. Эти процессы происходят и сегодня; поставив правильный эксперимент, биологи могут даже наблюдать их в действии. Один такой эксперимент (с плодовыми мушками и осами, которые на них паразитируют) провел А. Крайевельд из Имперского колледжа в Англии. Для эксперимента он выбрал осу-паразита и два вида носителя: плодовых мушек Drosophila subobscura и Drosophila melanogaster . Он вырастил ос на мушках D. subobscura , а затем поместил несколько десятков паразитов в камеру с D. melanogaster . Осы инфицировали новых хозяев и убили девятнадцать из каждых двадцати D. melanogaster . Однако одной из каждых двадцати дрозофил D. melanogaster удалось мобилизовать свою иммунную систему и уничтожить личинки осы. Крайевельд взял этих резистентных мушек и получил от них следующее поколение D. melanogaster .

Тем временем Крайевельд продолжал выращивать ос-паразитов на мушках другого вида, D. subobscura . Когда следующее поколение D. melanogaster выросло, он вновь выпустил в их камеру несколько ос. Осы вновь атаковали мушек D. melanogaster , а Крайевельд вновь взял выживших как производителей и вырастил новое поколение.

Выращивая ос и мушек таким образом, ученый закрывал глаза одному из участников поединка паразит — хозяин. С каждым поколением все больше мушек D. melanogaster способны были приспособиться к осам и справиться с ними. А осы, которых Крайевельд выращивал на мушках другого вида ( D. subobscura ) у не имели возможности ответить на эволюционные изменения хозяев ( D. melanogaster ). Такое преимущество позволило D. melanogaster добиться стабильных результатов в борьбе с паразитами. Всего за пять поколений доля мушек, способных расправиться с личинками ос, поднялась от одной из двадцати до двенадцати из двадцати.

Да, хозяева и паразиты могут развиваться параллельно в непрерывных попытках взять верх друг над другом (биологи называют такой процесс гонкой вооружений), но во многих случаях их совместная эволюция больше напоминает карусель. Паразиты со временем развиваются, все лучше осваивают искусство узнавать хозяев, находить слабые места в их защите и жить внутри них. Но вид-хозяин никогда не бывает генетически однородным — он состоит из разновидностей, каждая из которых обладает собственным набором генов. Среди паразитов есть собственные вариации, причем кое-какие из них могут казаться полезными некоторым разновидностям хозяев. Со временем появляются разновидности паразитов, адаптированные к конкретным видам хозяев.

Биологи построили математические модели подобных интимных отношений. Если одна из разновидностей хозяев распространена больше, чем остальные (назовем ее Хозяином А), то будущее любого приспособленного к ней паразита окажется достаточно радужным. В конце концов у этих паразитов появится возможность свободно передвигаться между множеством хозяев, размножаясь по пути. Однако проблема в том, что при этом они, будучи паразитами, убьют или искалечат немало хозяев. От поколения к поколению Хозяин А из-за действия паразитов будет терять свое преимущество.

Внимание, которое паразиты уделяют самой распространенной разновидности хозяев, дает некоторое преимущество их более редким разновидностям. Поскольку самые часто встречающиеся паразиты не приспособлены для атаки на них, эти редкие разновидности получают возможность быстро размножаться. По мере того как Хозяин А приходит в упадок, другой хозяин, например Хозяин В, выдвигается на передний план. Но тогда паразиты, которые сумеют к нему приспособиться, получат в ходе естественного отбора преимущество и тоже размножатся. Через некоторое время они снизят численность Хозяев В и дадут возможность выдвинуться Хозяину С, затем D, Е и т. д.; возможно, когда-нибудь лидерство вновь вернется к Хозяину А. Время от времени происходит новая мутация и возникает новая редкая разновидность хозяев. Он становится Хозяином N и тоже включается в этот круговорот.

Этот бесконечный круг взлетов и падений, вероятно, привел бы современных Ланкестеру биологов в смятение. Они рассматривали историю жизни как марш прогресса под вечной угрозой дегенерации. Но здесь, в эволюции нового типа, не существует прогресса или регресса. Паразиты вынуждают хозяев совершать громадное количество в сущности бесцельных изменений. Одна генетическая вариация поднимается, затем уходит в тень, другая вариация занимает ее место только для того, чтобы тоже в свою очередь уйти в тень. Эволюция такого рода — тема не для эпических поэм, а разве что для страшных сюрреалистических детских историй. Биологи называют ее гипотезой Черной Королевы в честь героини кэрролловской «Алисы в зазеркалье»; эта королева заставила Алису долго бежать, в результате чего обе остались там же, где и были. «Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте!» — заявила Черная Королева.

Но в гипотезе Черной Королевы есть свой парадокс. Речь в ней идет о необходимости бежать изо всех сил, чтобы только оставаться на месте, но не исключено, что именно она объясняет причины, позволившие эволюции сделать один принципиально важный шаг вперед: возможно, именно ей мы обязаны изобретением секса.