В издательстве "Альпина нон-фикшн" выходит книга Арика Кершенбаума, где автор рассуждает, какой могла бы быть жизнь в других мирах. ТАСС публикует отрывок о половом размножении и возможных причинах его появления. Первые планеты за пределами Солнечной системы были открыты в 1990-х годах. Сегодня их известно уже несколько тысяч. Ученые смоделировали облик некоторых из них — даже те, что могут быть пригодны для жизни, подчас очень сильно отличаются от Земли. Тем не менее у организмов в других мирах может быть кое-что общее с известными нам: например, они должны передавать признаки своим потомкам и подчиняться естественному отбору. Такова главная предпосылка книги "Путеводитель зоолога по Галактике: Что земные животные могут рассказать об инопланетянах — и о нас самих". Кроме прочего, многие земные виды различаются по полу. Значит ли это, что такое разделение возникает всегда и везде?
Ни великолепное оперение павлина, ни сложное общественное поведение не могли бы возникнуть, если бы не половое размножение. А есть ли пол у инопланетян? Хотелось бы, чтобы на этот вопрос существовал простой ответ, но, к несчастью, о происхождении полового размножения на Земле нам известно на удивление мало — даже о причинах, по которым оно вообще существует. Поэтому крайне трудно строить догадки о том, что может происходить на других планетах (популярное изложение вопросов пола и эволюции человека можно найти в книге: Ридли М. Секс и эволюция человеческой природы. — М.: Эксмо, 2011). Бесполое размножение — это воспроизводство клонов, точных копий родителя. Иногда генетический механизм дает сбой, и таким образом может появиться некоторое разнообразие, но в целом вся ваша родня будет практически одинакова.
Напротив, половое размножение подразумевает перемешивание ваших генов с генами партнера, и тогда потомство оказывается намного разнообразнее: одни дети больше похожи на вас, другие меньше. Поэтому половое размножение кажется ужасно неэффективным — мало того, что оно отнимает много времени и энергии, так еще и детям передается лишь половина ваших генов. И тем не менее половое размножение у животных (и у растений) широко распространено на Земле, и обладатели этой способности отличаются гораздо большим разнообразием форм и функций, чем достаточно простые, бесполые бактерии. Кусты земляники обычно размножаются бесполым способом, образуя надземные столоны (усы), из которых развиваются новые растения — клоны исходного. Из семян дочерние растения вырастают редко. Но вкусные плоды земляники (с семенами) — продукт полового размножения.
Существует множество теорий, объясняющих, почему возникло половое размножение и почему оно оказалось столь устойчивым, согласно одной из них, это способ предотвратить неконтролируемое распространение паразитов, гарантия, что в каждом поколении будет достаточно генетических новаций, чтобы всегда на шаг опережать патогены. Но каково бы ни было его происхождение, есть пара аспектов, которые можно отметить, заглянув в наше эволюционное прошлое.
Во-первых, половое размножение, по-видимому, сыграло решающую роль в эволюции жизни на Земле, хотя причины этого не совсем ясны. Возможно, половое размножение ускоряет эволюцию, возможно, оно более надежно, хотя эволюция полового размножения — одна из самых спорных тем в современной эволюционной биологии. Одни математические модели демонстрируют, что организмы, размножающиеся половым путем, эволюционируют быстрее, другие — что они эволюционируют медленнее. Некоторые показывают явное преимущество полового размножения в тех случаях, когда среда быстро меняется, потому что, если наступит экологический кризис, перемешанная наследственная информация даст возможность хоть кому-нибудь и где-нибудь найти выход из положения. Тли (крошечные зеленые насекомые, которые часто паразитируют на садовых растениях) размножаются бесполым способом в летний сезон, успешно плодя клоны, идентичные себе. Однако осенью они переходят на половое размножение, откладывая яйца, по генетическим признакам отличающиеся друг от друга и от обоих родителей. Вероятно, чтобы непредсказуемые зимние условия не погубили всю кладку.
Общепринятого объяснения эволюции полового размножения пока не существует. Но по какой бы причине это размножение ни возникло, ученые единодушны в том, что оно внесло важный вклад в разнообразие земной жизни. Более того, жизнь на Земле, скорее всего, едва ли смогла бы достигнуть нынешнего уровня сложности, если бы не половое размножение. Не было бы ни животных, ни растений, может быть, даже амеб, которые, как выясняется, не так уж бесполы, как прежде считали ученые. Даже бесполые бактерии обмениваются друг с другом генами, передавая полезную наследственную информацию, словно секретные агенты, передающие шифрованные записки на скамейке в парке. Поэтому, хотя мы не можем ответить на вопрос, есть ли на других планетах организмы, размножающиеся половым путем, мы все же можем утверждать, что если там имеются сложные формы жизни, то они, вероятно, возникли благодаря какой-то разновидности "ускоренного" естественного отбора и, возможно, процесса, подобного тому, что на Земле зовется сексом.
Этот метод обратной экстраполяции эволюционных законов требует осторожности: нельзя утверждать, что на других планетах должно быть половое размножение, потому что это "полезно" для эволюции. Точнее будет сказать, что эволюция вряд ли может создать сложные формы животных без какого-то аналогичного процесса. Десятилетиями астрономы (в том числе Карл Саган) предполагали, что загадочные темные пятна в атмосфере Венеры могут быть летучими колониями микроорганизмов. Возможно, это и так. Если хотя бы на двух планетах Солнечной системы есть жизнь, то планеты у других звезд вполне могут кишеть простейшими формами жизни. Но лишь простейшими, которые так и не смогли развиться во что-то сложнее бактерий.
Второй важный для нас аспект состоит в том, что половое размножение играет огромную роль — возможно, неожиданно огромную — в эволюции сложных форм поведения. Организмы, размножающиеся бесполым способом, такие как бактерии, не могут похвастаться интересным поведением, в особенности в том, что касается социальности. Конечно, это может быть обусловлено их простым физическим строением (или мы пока еще не обнаружили их тайную общественную жизнь — с некоторыми сведениями о кооперации у бактерий можно ознакомиться в разделе 7), но здесь задействован и другой механизм. В сообществе генетически неотличимых клонов, которые появляются на свет при бесполом размножении, у всех особей одинаковая степень родства, поэтому не действует родственный отбор, поощряющий более сложные формы поведения.
При половом размножении возникает конфликт степеней родства. Мои дети мне ближе по родству, чем мои племянники, и (да простит меня сестра) я скорее позабочусь о собственных, чем о ее детях. Разумеется, человеческие общества и системы родства устроены гораздо сложнее, но тем не менее эта неоднородность напрямую приводит к возникновению семейных групп, более крупных общественных структур и всего ассортимента сложного поведения, присущего большинству животных. Если бы мы с сестрой были генетическими клонами своего отца, а наши дети — клонами нас самих, то я бы состоял в одинаково близком родстве со своими детьми и племянницами, то есть в таком же близком, как с самим собой! В подобном обществе всякий был бы рад помогать любому другому, без иерархии и различий. Однако, по иронии судьбы, именно запутанные конфликты интересов порождают разделение ролей для особей и дают начало социальности в нашем понимании. Этому любопытному факту и посвящен раздел 7.
Следовательно, эволюция, чтобы обеспечить хоть какое-то подобие биоразнообразия, наблюдаемого на Земле, требует полового размножения в том или ином виде. Но что такое пол? Можно ли дать ему общее определение, никак не связанное с конкретной эволюционной историей Земли, в частности с такими специфическими понятиями, как ДНК, которые являются случайным продуктом нашей биохимии? Важнейшая особенность полового размножения с эволюционной точки зрения заключается в том, что ваше потомство получает часть наследственных признаков не только от вас, но и от кого-то еще. Из этого не следует, что полов непременно только два и даже что родителей может быть только двое. Так, у многих грибов чуть ли не тысячи различных полов, что дает явное преимущество, если необходима уверенность в том, что любой встречный подойдет для спаривания (поскольку он вряд ли окажется одного с вами пола).
Множественное родительство нетипично для Земли, однако облетевшая недавно мир новость о том, что в результате особой процедуры на свет появился ребенок от трех родителей, демонстрирует, что при половом размножении с наследованием все далеко не так просто, как можно подумать. Все дело в том, что наши клетки содержат два различных набора ДНК, один из которых унаследован от матери и отца, а другой только от матери (Имеется в виду, что у нас есть ядерная ДНК (которая наследуется от обоих родителей), а есть митохондриальная ДНК (только от матери). Однако существует применяемая для лечения некоторых генетических болезней технология митохондриального донорства, когда яйцеклетка матери получает митохондрии от другой женщины — донора. В этом случае ребенок действительно имеет ДНК от трех родителей — отца и двух матерей. — Прим. науч. ред.).
Поэтому не так уже трудно представить себе инопланетный организм с множеством наборов наследственной информации, полученных от множества родителей. По-видимому, половое размножение в том виде, в каком оно наблюдается на Земле, всего лишь частный случай весьма общей функции: перетасовки наследуемых признаков между особями. Эта функция, вероятно ускоряющая эволюцию, помогает защищаться от паразитов и обеспечивает подстраховку на случай экологических катастроф. В разных мирах она может быть реализована разными способами. Но если на других планетах есть половое размножение или что-то подобное ему, эволюционный процесс, безусловно, будет очень похож на земной.
