Секс и эволюция человеческой природы - Мэтт Ридли

В конце 1980-х интерес к теориям «полезных» мутаций снова начал расти. В частности, Марк Киркпатрик (Mark Kirkpatrick) и Шерил Дженкинс (Cheryl Jenkins) из Техасского университета заинтересовались способностью живых организмов изобретать одно и то же дважды. Вообразим, что голубые глаза удваивают плодовитость: у имеющих их людей детей вдвое больше, чем у кареглазых. Пусть сначала у всех людей глаза карие. Первая мутация в «гене цвета глаз» эффекта не произведет, поскольку «ген голубых глаз» — рецессивный, и доминантный ген карих глаз на другой хромосоме этого человека маскирует его проявление. Только когда ребенка рожают два потомка человека, у которого возникла первоначальная мутация, и оба их гена голубоглазости находят друг друга — только тогда двукратное преимущество голубоглазых сможет обнаружиться. Если бы не половой процесс, эти две версии одной и той же давней мутации не смогли бы встретиться, а ее эффект — проявиться. Эта так называемая сегрегационная теория пола логична и непротиворечива и указывает на одно из преимуществ полового размножения. К сожалению, этот эффект слишком мал, чтобы стать основным объяснением. Математические модели показывают: для возобладания этого эффекта потребуется 5000 поколений — за это время бесполые формы с их двукратным преимуществом в количестве потомков{42} уже давно победили бы.

В последние годы генетики переключились с «полезных» мутаций на «вредные». Теперь они считают, что половой процесс — способ избавляться от именно от последних. Корнями эта идея уходит тоже в 1960-е — к мыслям Германа Мюллера, одного из создателей теории «викария из Брея». Проработавший большую часть жизни в университете Индианы, свою первую генетическую статью он опубликовал в 1911 году. Вслед за чем последовала целая лавина плодотворных идей и экспериментов. В 1964 году его накрыло одно из самых великих озарений, ставшее всемирно известным под названием «храповик Мюллера». Для простоты, представим себе в бочке 10 дафний — причем лишь одна из них полностью свободна от мутации, а у остальных имеются один или несколько небольших дефектов. Пусть в каждом поколении, в среднем, всего пять рачков умудряются принести потомство до того, как их съедят рыбы. Дафния, свободная от мутаций, имеет шанс вообще не принести потомство 1:2. То же самое относится и к любой из них, несущей мутации — но есть один принципиальный момент. Как только исчезнет рачок, свободный от мутаций, останется лишь один способ его воссоздать — другая мутация, которая исправит мутацию у дефектной дафнии. А это событие очень маловероятно. При этом легко может возникнуть организм с двумя дефектами — при любой мутации у дафнии с одним дефектом. В итоге, случайная потеря некоторых генотипов будет означать, что среднее число дефектов в популяции постепенно увеличивается. Подобно храповику, который легко поворачивается только в одну сторону, генетические дефекты неумолимо накапливаются. Единственный для свободной от мутаций дафнии способ предотвратить поворот храповика — вступать в половые связи и передавать свои «хорошие» гены другим дафниям, пока она не умрет{43}.

Работу храповика Мюллера может сымитировать любой желающий, размножая на копире какой-нибудь документ. Если делать следующую копию не с оригинала, а с предыдущей, то качество будет падать с каждым прогоном. Вы сможете вернуть его только в том случае, если у вас хранится оригинал. Но если он хранится в одной папке с копиями, идущими в расход, а новые копии делаются только когда в папке остается одна бумажка, то оригинал пойдет в расход с той же вероятностью, что и любая копия. Как только он будет потерян, самая лучшая копия, какую вы сможете сделать, ухудшится. Зато если вы захотите специально ухудшить копию, проблем не будет: просто возьмите в качестве оригинала самую плохую.

Грэхэм Белл из университета МакГилла раскопал интересный спор, бушевавший среди биологов на рубеже XX века — о том, омолаживает ли половое размножение организм. Ученых интересовало, приходит ли популяция простейших, живущих в банке с достаточным количеством еды, но лишенных возможности размножаться половым путем, к постепенному уменьшению жизнеспособности, размера тела, скорости бесполого размножения — и если да, то почему? Заново проанализировав результаты экспериментов, Белл обнаружил яркие примеры работы храповика Мюллера: у бесполых простейших постепенно накапливаются вредные мутации. Процесс усугублялся особенностью взятых для эксперимента цилиат: они содержат гены, передающиеся потомкам при половом размножении, отдельно от копий этих же генов «для ежедневного пользования». Последние создаются копированием предыдущих версий «ежедневных наборов», которое у цилиат происходит поспешно и неаккуратно, и дефекты в них накапливаются особенно быстро. При половом размножении эти простейшие «выбрасывают» старые копии и делают новые — из оригинальных версий. Белл сравнивает цилиат с мебельщиком, каждый раз копирующим последний сделанный стул — вместе со всеми ошибками — и только иногда возвращающимся к первоначальной модели. Половой процесс, таким образом, действительно оказывает омолаживающий эффект. Он позволяет цилиатам периодически «выбрасывать» все накопленные ошибки{44}.

Белл сделал любопытное заключение. Если популяция мала (меньше 10 миллиардов) или число генов в геноме очень велико, то у бесполых организмов храповик работает на всю катушку: чем меньше популяция, тем проще потерять линию, в которой нет дефектов. Организмы с большими геномами и относительно малочисленными популяциями (вроде людей, популяция которых почти в два раза меньше этих самых 10 миллиардов) попадут в беду довольно быстро. А вот у тех, у кого генов мало, а численность высокая, все будет хорошо. Поэтому, по расчетам Белла, если ты хочешь быть большим (и, соответственно, малочисленным), половое размножение необходимо. И наоборот — половой процесс не нужен, если ты остаешься маленьким[23].

Белл рассчитал, как часто должно происходить половое размножение (или, точнее, рекомбинация), чтобы остановить эффект храповика: чем меньше геном, тем реже. Дафниям достаточно скрещиваться один раз за несколько поколений, а людям — в каждом. Более того, как предположил Джеймс Кроу из университета Висконсина в Мэдисоне, храповик Мюллера помогает объяснить, почему почкование является относительно редким способом репродукции (особенно у животных), и большинство видов — даже если размножается бесполо — все равно выращивает свое потомство из одной единственной клетки (яйца). Кроу считает, что в последней фатальные дефекты (если имеются) проявляются мгновенно, и она сразу выкидывается из популяции. Если же мутантный ген оказывается в одной из клеток почки, то она не обязательно вымрет и потому передаст вредный ген в следующее поколение{45}.

Если храповик является проблемой только для больших организмов, то почему у такого количества маленьких тоже есть половое размножение? И потом: чтобы спастись от действия этого эффекта, по идее, достаточно использовать такой вариант лишь периодически, не отказываясь от бесполого полностью. В 1982 году Алексей Кондрашов из Вычислительного центра в Пущино предложил теорию, которую можно назвать обратным храповиком Мюллера: когда особь бесполого вида умирает из-за вредной мутации, из популяции исчезает только одно изменение. У видов с половым размножением в результате рекомбинации некоторым особям перепадает много мутаций, другим — мало. Когда первые из них умирают, половое размножение заставляет храповик работать на очищение популяции от многих мутаций. Поскольку большинство новых изменений оказываются вредными, половое размножение как способ от них избавиться дает огромное преимущество{46}.