Безопасный секс под микроскопом
Наряду с большинством животных и растений, у людей половой процесс проходит по типу клеточного слияния — и у нас два пола. Но форма нашего полового процесса очень своеобразна. Самцы не уничтожают свои органеллы — они просто оставляют их «за порогом». Обычный сперматозоид несет лишь ядро, двигатель в виде митохондрий и жгутиковый пропеллер. Производящие сперму клетки сильно вытягиваются и избавляются от всего, что плавает в цитоплазме до момента созревания сперматозоида. Однако при встрече с яйцеклеткой «за борт» идут даже пропеллер и двигатель — дальше проходит только ядро.
Херст объясняет это, снова обращаясь к инфекционным заболеваниям{141}. Органеллы — не единственные генетические мятежники внутри клетки. Там же обитают многочисленные бактерии и вирусы. К ним применима такая же логика, как и к органеллам: если клетки сливаются, то конкурирующие бактерии из каждой из них начинают бороться не на жизнь, а на смерть. Если бактерия, живущая припеваючи внутри хозяйской яйцеклетки, неожиданно обнаруживает, что ее обитель подверглась вторжению пришедших вместе со сперматозоидом конкурентов, она вынуждена перейти от латентной формы существования и в фазу манифестации[42]. Существует масса примеров того, как заболевание пробуждается именно при заражении конкурирующими инфекциями. К примеру, если вирус ВИЧ, вызывающий СПИД, заражает клетки человеческого мозга, он может долгое время находиться там скрытно. Однако если туда же попадет цитомегаловирус — вирус совсем другого типа, — то ВИЧ «просыпается» и начинает стремительно размножаться. Это — одна из причин, по которым считается, что вероятность развития СПИДа у ВИЧ-инфицированных индивидов больше в присутствии второй, осложняющей инфекции. Еще одной особенностью этого заболевания является то, что самые разнообразные (обычно безвредные) бактерии и вирусы — такие как Pneumocystis, цитомегаловирус или герпес (живущие преспокойно внутри тела многих из нас), — по мере прогрессирования СПИДа, могут неожиданно становиться вирулентными и агрессивными. Отчасти это из-за того, что СПИД — заболевание иммунной системы, благодаря чему именно иммунное подавление вирусов оказывается ослаблено. Но в этом есть и эволюционный смысл: если ваш хозяин собрался умирать, то нужно размножаться как можно быстрее. Так называемые оппортунистические инфекции, соответственно, бьют по вам, когда вы уже и так ослаблены. Между прочим, есть предположение, что кросс-реактивность иммунной системы (когда заражение одной линией паразита вызывает иммунную устойчивость к другой линии того же паразита), возможно, является для паразита, когда он оказывается внутри хозяина, способом захлопнуть за собой дверь перед носом конкурентов одного с ним вида{142}.
Если для паразита естественно идти ва-банк при появлении соперника, то для хозяина нормально предотвращать кроссинфекцию двумя разными паразитическими линиями. И никогда вероятность заражения ею не бывает настолько же большой, как при оплодотворении. Сливающийся с яйцеклеткой сперматозоид рискует принести с собой бактерии и вирусы, появление которых пробудит собственных паразитов яйцеклетки и вызовет войну за территорию. А последняя может сильно ослабить или даже убить зародыш. Чтобы предотвратить это, сперматозоид не приносит в яйцеклетку материал, который может содержать бактерии или вирусы — он передает только ядро. Воистину, безопасный секс.
Эту теорию довольно трудно доказать, но в ее пользу говорят некоторые факты. Они связаны с инфузориями-туфельками — протистами, осуществляющими половой процесс путем конъюгации (а именно, передают друг другу копии своих ядер по узкой трубке). Процедура крайне гигиенична — по трубке передаются только ядра, ничего лишнего. Две инфузории-туфельки сцепляются всего на пару минут. Еще немного, и по трубке начала бы передаваться и цитоплазма. Проход узковат даже для ядра — оно туда еле протискивается. И вряд ли случайно единственные существа, использующие для хранения генов отдельные маленькие ядра, из которых для каждодневного использования делаются большие рабочие копии, — это инфузории-туфельки и их родственники[43].
Итак, двуполость возникла как способ разрешить конфликт между цитоплазматическими генами двух родителей. Чтобы он не мог принести вреда потомству, было достигнуто благоразумное соглашение: все цитоплазматические гены должны приходить только от матери. Поскольку это сделало отцовские гаметы меньшими, те могли специализироваться на повышении многочисленности, мобильности и лучшем нахождении яйцеклетки. Двуполость — это ответ клеточной бюрократии на асоциальное поведение генов органелл.
Это ответ на вопрос о том, почему полов два: один — с маленькими гаметами, другой — с большими. Но это не объясняет, почему не двупола каждая конкретная особь. Почему люди не гермафродиты? Если бы я был растением, вопрос бы не возник: большинство растений гермафродитно. Общее правило таково: подвижные формы раздельнополы, сидячие (например, растения или балянусы[44]) — гермафродитны. С экологической точки зрения, это звучит более или менее осмысленно: поскольку пыльца легче семязачатка, потомки цветка, производящего одни лишь семязачатки, будут жить только рядом с родительским растением. Если же цветок производит еще и пыльцу, его потомки могут распространяться очень широко.
Но почему животные пошли по другому пути? Ответ связан все с теми же несчастными органеллами, остающимися «за порогом» при проникновении сперматозоида в яйцеклетку. Любой ген, находящийся в органеллах самца, «идет на убой». Все органеллы вашего тела и все их гены вы получили от вашей мамы. С точки зрения генов органелл вашего папы, все это очень печально, поскольку, как мы помним, их жизненная задача — передаваться в следующее поколение. Для них каждый мужчина — это эволюционный тупик. Неудивительно, что цитоплазматические гены пытаются выкрутиться из этой затруднительной ситуации — и те, кому это удается, распространяются в популяции за счет остальных. Самое привлекательное решение для гена органеллы у гермафродита — направить все ресурсы хозяина на производство женских половых клеток и «перекрыть кислород» образованию мужских гамет.
Это не глупые фантазии. Организм гермафродита является полем сражения повстанческих генов органелл, пытающихся подавить его самцовую часть. Такие гены обнаружены у более чем 140 видов растений: у них пыльники либо плохо развиваются, либо вообще атрофируются, и организм производит только семязачатки. Такого типа стерильность всегда вызывается геном, лежащим в органелле, а не в ядре. Подавляя развитие пыльников, восставший ген направляет больше ресурсов организма на женские семязачатки, через которые он будет передаваться в последующие поколения. Однако если «повстанцы» достигнут своей цели слишком во многих организмах, то ядерные гены, умеющие заставлять особь производить пыльцу, получат огромное преимущество: мужские гаметы в этот момент становятся большой редкостью. Стоит только появиться генам самцовой стерильности, как вскоре возникают ядерные, блокирующие их деятельность и восстанавливающие фертильность[45]. У кукурузы, к примеру, есть два гена самцовой стерильности, оба лежат в органеллах, и каждый подавляется своим собственным ядерным геном. У табака имеются не менее восьми пар таких генов. Скрещивая разные линии кукурузы, селекционеры могут выпустить гены самцовой стерильности из под ядерного контроля: супрессор из одного родительского организма не будет узнавать «повстанца» из другого. Специалисты любят такие скрещивания, поскольку поле самцово-стерильной кукурузы не будет самооплодотворяться. Сажая разные самцово-фертильные линии, можно получать гибридные семена, которые, обладая различными замечательными качествами (благодаря загадочной силе, называемой гетерозисом), дают больше урожаев, чем их родители. Самцово-стерильные и самко-стерильные линии подсолнуха, сорго, капусты, помидора, кукурузы и других сельскохозяйственных культур — основа деятельности многих фермеров во всем мире{143}.
Обнаружить работу «противосамцовых» генов легко. У некоторых растений в популяции встречается лишь два типа особей: гермафродитные и женские. Говорят, у них — женская двудомность. А мужская двудомность — когда популяции состоят из самцов и гермафродитов — практически не встречается. У Тимьяна ползучего, к примеру, обычно около половины особей — самки, остальные — гермафродиты. Единственный способ объяснить, почему они остановились на полпути на трассе с односторонним движением — это предположить постоянную войну между «противосамцовыми» генами органелл и ядерными генами восстановления фертильности. При определенных условиях, сражение достигает патовой ситуации — когда любое дальнейшее продвижение любой из сторон дает другой преимущество и возможность восстановить status quo. Чем сильнее распространяются гены, подавляющие самцовость, тем большее преимущество получают гены, восстанавливающие фертильность, и наоборот{144}.
