Секс и эволюция человеческой природы - Ридли Мэтт - Страница 12

Каждый из этих персонажей объясняет половое размножение по-своему. Молекулярный биолог говорит исключительно о том, для чего оно возникло — что не обязательно совпадает с вопросом, для чего оно существует сегодня. Этим предпочитает заниматься генетик. А эколог думает вообще о другом: в каких условиях половое размножение лучше бесполого? Если бы они изучали появление компьютера, то первый сказал бы, что компьютеры возникли для взлома шифров, которые использовали командиры немецких подводных лодок. Второй сообщит, что сегодня их используют в других целях — для выполнения любых итеративных задач, с которыми они справляются лучше людей.

А третий поинтересуется, почему компьютеры вытеснили телефонных операторов, но не вытеснили, к примеру, поваров. И все они будут искать «истину» — в разных ее аспектах.

Теория главной копии

По мнению ведущего молекулярного биолога Харриса Бернштейна (Harris Bernstein) из Аризонского университета, половой процесс возник для починки генов. Первым намеком на это стало исследование особых мутантных дрозофил, не способных репарировать (исправлять) свои гены: оказалось, что и рекомбинировать (перемешивать) их они тоже не могут. Рекомбинация — перемешивание генов дедушки и бабушки в сперматозоиде или яйцеклетке родителя — важнейший этап полового процесса. Сломайте генетическую репарацию — разрушится и половое размножение.

Бернштейн заметил, что клетка в последнем и при репарации генов использует одни и те же молекулярные механизмы. Но он не смог убедить генетиков и экологов, что связь между починкой генов и половым процессом не ограничивается заимствованием вторым инструментария первого. Генетики согласны с тем, что молекулярные механизмы полового процесса сформировались на основе механизмов генетической репарации, но не считают, что его современная задача — починка генов. В конце концов, человеческие ноги происходят от рыбьих плавников, но сегодня они используются, чтобы ходить, а не плавать{35}.

На секунду переключимся на молекулы. ДНК — материал, из которого сделаны гены — длинная тонкая молекула. Она несет информацию, записанную простым алфавитом из четырех химических «оснований» — как хитрая морзянка, в которой есть два типа точек и два типа тире. Назовем эти основания «буквами»: А, Ц, Г и Т. Красота ДНК в том, что она состоит из двух цепей, и каждая буква одной цепи комплементарна соответствующей букве другой. Эти буквы располагаются друг напротив друга: А слипается с Т и наоборот, а Ц — с Г и наоборот (см. рисунок). Это значит, что есть простой способ копирования ДНК путем движения вдоль нити молекулы и сшивания второй нити по ее образцу — из букв, комплементарных буквам в первой из них. Последовательность ААГГТЦ на комплементарной нити превращается в ТТЦААГ: скопируйте ее еще раз — и получите оригинал. Каждый ген обычно состоит из нити ДНК и ее комплементарной копии, плотно сплетенных в знаменитую двойную спираль. Специальные белки репарации двигаются, находят поломки и чинят их, сверяясь с комплементарной нитью. ДНК постоянно повреждается солнечным светом и химическими соединениями. Если бы не белки репарации, она стала бы бессмысленной абракадаброй в мгновение ока.

Схематическое изображение двойной цепи ДНК. Пунктирные стрелки соединяют пары комплементарных нуклеотидов.

Но что произойдет, если обе нити повреждены в одном и том же месте? Это происходит довольно часто — например, когда две цепи случайно химически спаиваются (это похоже на каплю клея на застегнутой молнии). В этом случае белки репарации не знают, какие буквы ставить на поврежденное место. Им нужен образец. Его предоставляет половой процесс, приносящий в организм копию того же гена из другого организма (скрещивание) или из другой хромосомы того же организма (рекомбинация). Теперь починка может идти по новому, неповрежденному образцу.

Конечно, и он может быть поврежден в том же самом месте, но это маловероятно. Продавец, расставляя ценники, убеждается, что ничего не перепутал, просто расставляя их еще раз. Он полагает, что вряд ли допустит одну и ту же ошибку дважды.

Репарационная теория возникновения полового размножения подтверждается и некоторыми косвенными фактами. Например, особь лучше переносит повреждающее ультрафиолетовое облучение, если у нее есть рекомбинация и если в ее клетках каждая хромосома существует в двух экземплярах. А вот когда в результате мутации какая-нибудь линия (группа близкородственных особей) теряет способность к рекомбинации, ее представители оказываются восприимчивыми к повреждению ДНК ультрафиолетом особенно сильно. Более того, теория Бернштейна объясняет некоторые моменты, которые не по зубам ее противникам: например, почему при образовании яйцеклетки в процессе мейоза клетка удваивает число хромосом, но потом избавляется от трех четвертей из них. Согласно репарационной теории, это вызвано необходимостью выявления ошибок и уничтожения их{36} [19].

Тем не менее эта теория неадекватна задаче, для решения которой она возникла — задаче объяснения полового размножения. Оправдывая существование рекомбинации, она не объясняет, зачем понадобилось скрещивание (вспомним, что мы разложили половое размножение на независимые этапы рекомбинации и скрещивания). Если половой процесс необходим для получения неповрежденных копий гена, то было бы разумнее пытаться получать последние от родственников — тогда инбридинг оказался бы страшно полезной штукой. Бернштейн говорит, что скрещивание — это способ «спрятать» мутации за нормальными вариантами генов. Но тогда просто переформулируем вопрос: почему инбридинг вреден, хотя, согласно Бернштейну, он должен быть полезен и, будь это так, мог бы считаться хорошей причиной для возникновения скрещивания.

Более того, гипотеза о рекомбинации как о способе починки генов — это, по сути, предположение о необходимости содержания запасных генных копий. Но ведь есть другой способ починки генов, гораздо более простой, чем случайный обмен между хромосомами. Он называется диплоидностью{37}. Яйцеклетка или сперматозоид гаплоидны — у них есть только по одной копии каждого гена. Бактерия или низшее растение — скажем, мох — тоже гаплоидны. Но большинство представителей флоры и почти вся фауна — диплоидны. То есть имеют по две копии каждого гена — по одной от каждого родителя. Некоторые живые организмы — особенно растения, получившиеся путем естественной гибридизации или в процессе искусственной селекции — полиплоидны. Гибридная пшеница, к примеру, в основном гексаплоидна: у нее по шесть копий каждого гена. У ямса женские растения октоплоидны или гексаплоидны, а мужские — тетраплоидны; это делает ямс стерильным. Ряд видов радужной форели, домашние куры и один примкнувший к ним попугай{38} триплоидны. У экологов даже сложилось впечатление, что полиплоидия у растений решает некоторые проблемы, возникающие в отсутствие полового размножения. А в некоторых отношениях может служить ему и альтернативой — допустим, на большой высоте или в высоких широтах.

Но мы рано заговорили об экологах. Не будем бежать впереди паровоза: пока все еще рассуждаем о генетической репарации. Если бы диплоидные организмы по мере роста тела «смотрели сквозь пальцы» на небольшое количество рекомбинации между хромосомами, то при каждом простом клеточном делении возникала бы возможность починки генов. Однако этого не происходит. Диплоиды рекомбинируют их только в момент специального, окончательного деления, называющегося мейозом и ведущего к формированию яйцеклетки или сперматозоида. Вот как Бернштейн объясняет однократность починки: во время обыкновенного клеточного деления существует другой, более экономичный способ репарации повреждений генов, который позволяет выживать самым приспособленным клеткам. На этом этапе починка не нужна, поскольку неповрежденных клеток скоро станет больше, чем поврежденных[20]. Проверка на ошибки{39} необходима только при образовании зародышевых клеток, встречающихся с миром один на один.