Зачем нужны мужчины? (биологический аспект)
Некоторое время назад к своему большому удивлению обнаружил, что одним из популярных запросов в поисковиках является вопрос "Зачем нужны мужчины?". Не то, что меня обидело или обескуражило это обстоятельство - просто сам по себе вопрос показался абсурдным.
Однако, на заслуживающем доверия сайте элементы.ру я натолкнулся на ряд публикаций, свидетельствующих о том, что этот вопрос беспокоит не только авторов другого не менее популярного в рунете запроса "зачем я такая дура?", но и серьезных ученых.
Ученые обратили внимание на парадокс, названный «двойная цена пола». Суть его в том, что бесполое размножение (или самооплодотворение) ровно в два раза эффективнее, чем перекрестное оплодотворение с участием самцов. Иными словами, самцы обходятся популяции непомерно дорого. Отказ от них дает немедленный и очень значительный выигрыш в скорости размножения.
Чисто технически переход от раздельнополости и перекрестного оплодотворения к бесполому размножению или самооплодотворению вполне возможен, тому есть масса примеров как у растений, так и у животных. Тем не менее бесполые расы и популяции самооплодотворяющихся гермафродитов почему-то до сих пор так и не вытеснили тех, кто размножается «обычным» образом, с участием самцов.
Еще в 1957 году другими учеными было обнаружено, что скальные ящерицы могут размножаться без участия самцов. В популяции самки этого вида благополучно откладывали яйца и выводили детенышей. Скепсис вокруг этого открытия существовал до тех пор, пока не обнаружились другие виды пресмыкающихся и земноводных, способных к однополому размножению.
А недавно английские и итальянские зоологи также сообщили об удивительном открытии. Оказывается, комодские вараны - редчайшие и самые большие в мире ящерицы - при отсутствии самцов способны размножаться и без их участия. Две одинокие самки комодского варана в зоопарках Великобритании отложили яйца, из которых благополучно вылупились нормальные детеныши. При чем в обоих случаях из неоплодотворенных яиц вылупились исключительно самцы.
На сегодняшний день известно не менее 70 видов двуполых рыб, амфибий и пресмыкающихся, в популяциях которых самки способны производить потомство без самцов.
Наблюдения и эксперименты дали ученым основания утверждать, что безсамцовый способ размножения не является ступенью к эволюционному прогрессу и не рассматривается природой в качестве более оптимального, а является всего лишь механизмом выживания вида при большой разреженности особей, благодаря которому одинокая самка, не встретив в подходящее время самца, способна продолжить свой род.
Так, у вышеуказанных варанов самки появляются только при половом размножении. У одиноких самок рождаются исключительно самцы, призванные восполнить их дефицит. Таким образом, ученые предполагают, что такая стратегия размножения не является следствием ненужности самцов и предпочтительности однополого размножения, а имеет смысл только, когда популяция животных разрежена или очень мала. Тогда самки производят на свет многочисленных поколение самцов, которое компенсирует плачевный недобор отцов.
Итак, ученые ломают голову Зачем же все-таки нужны "мужчины"?
Ведь в этом случае, следуя объективным законам Природы, перекрестное оплодотворение должно давать некие преимущества, настолько значительные, что они перекрывают даже двойной выигрыш в эффективности размножения, даваемый отказом от самцов.
И вот биологами Орегонского университета проведена интересная серия экспериментов, которая дала практические аргументы для ответа на вопрос о пользе перекрестного размножения.
Опыты проводились на круглых червях Caenorhabditis elegans, которые словно специально созданы для экспериментальной проверки вышеупомянутых гипотез. У этих червей нет самок. Популяции состоят из самцов и гермафродитов, причем последние численно преобладают. У гермафродитов две X-хромосомы, у самцов - только одна. Гермафродиты производят сперматозоиды и яйцеклетки и могут размножаться без посторонней помощи путем самооплодотворения. Самцы производят только сперматозоиды и могут оплодотворять гермафродитов. В результате самооплодотворения на свет появляются только гермафродиты.
При перекрестном оплодотворении половина потомства оказывается гермафродитами, половина - самцами. (опускаю увлекательные и хитроумные опыты, кому интересно - в первоисточник).
В итоге, эксперимент доказал, что половое (перекрестное) размножение имеет ряд предметных преимуществ:
Во-первых, если у бесполого организма возникает вредная мутация, его потомки уже не могут от нее избавиться. Она будет, как родовое проклятие, передаваться всем его потомкам вечно. Поэтому в череде поколений бесполых организмов может происходить неуклонное накопление вредных мутаций.
Если же организмы размножаются половым путем и практикуют перекрестное оплодотворение, то индивидуальные геномы постоянно рассыпаются и перемешиваются, а новые геномы формируются из фрагментов, ранее принадлежавших разным организмам. В результате возникает особая новая сущность, которой нет у бесполых организмов - генофонд популяции. Гены получают возможность размножаться или выбраковываться независимо друг от друга. Ген с неудачной мутацией может быть отбракован отбором, а остальные («хорошие») гены данного родительского организма могут благополучно сохраниться в популяции.
Таким образом, половое размножение способствует очищению геномов от «генетического груза», то есть помогает избавляться от постоянно возникающих вредных мутаций, не допуская вырождения (снижения общей приспособленности популяции).
Во-вторых, половое размножение помогает организмам эффективнее адаптироваться к меняющимся условиям за счет ускоренного накопления мутаций, полезных в данной обстановке. Допустим, у одной особи возникла одна полезная мутация, у другой - другая. Если эти организмы бесполые, у них практически нет шансов дождаться объединения обеих мутаций в одном геноме. Половое размножение дает такую возможность. Оно фактически делает все полезные мутации, возникшие в популяции, «общим достоянием». Ясно, что скорость приспособления к меняющимся условиям у организмов с половым размножением должна быть выше.
Однако, следует отметить, что перекрестное оплодотворение встречается не только у раздельнополых организмов. Например, многие беспозвоночные являются гермафродитами, оплодотворяющими не сами себя, а друг друга - перекрестно.
У растений перекрестное опыление обоеполых («гермафродитных») особей тоже, мягко говоря, не редкость. Оба полученных вывода вполне приложимы к таким гермафродитам.
Иными словами, экспериментальная проверка не доказала, что «перекрестный гермафродитизм» в чём-то уступает раздельнополости. А ведь за первый из этих двух вариантов не нужно платить пресловутую «двойную цену». Следовательно, проблема всё равно остается…
Проведенные эксперименты выявили недостатки самооплодотворения по сравнению с перекрестным, но они не объяснили, почему многие организмы предпочли раздельнополость «перекрестному гермафродитизму». Ключом к решению этой загадки, скорее всего, является половой отбор.
Раздельнополость дает возможность самкам придирчиво выбирать себе партнеров, и это может служить дополнительным способом повышения эффективности отбраковки вредных и накопления полезных мутаций.
Возможно, и эта гипотеза когда-нибудь получит экспериментальные подтверждения.