Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексей Алексенко

остальные их статьи относятся к загадочной дисциплине под названием «эволюционная психология». Их гипотеза такова: смысл однородительского наследования митохондрий в том и состоит, чтобы не дать органеллам устроить внутри вашей клетки отвратительную свару. Потому что они же при этом ничуть не будут беспокоиться о важном таинстве клеточного дыхания – им наплевать, кто из них справляется с этим лучше. Выживут те, кто быстрее делится. И если пустить на самотек такой естественный отбор, он приведет к триумфу таких митохондрий, которые замечательно умеют делиться, а вот свою главную функцию наверняка будут выполнять кое-как.

Теперь, когда это сформулировано, до финиша остается два шага. Первый шаг: заявить, что первичный смысл существования двух полов в том и состоит, чтобы предотвратить смешение двух рас митохондрий в одной клетке. Именно отсюда, согласно авторам, берется то давление отбора, которое подталкивает половые клетки к дифференциации по размеру и, следовательно, манере поведения. И второй шаг: найти этому убедительные обоснования.

Первый шаг был сделан, второй, увы, нет. Наоборот: наружу вылезла череда фактов, плохо вписывающихся в «митохондриальную» гипотезу происхождения двуполости. Вот, например, один из них: гетероплазмия, то есть смешение разных типов митохондрий, время от времени действительно случается у разных организмов (включая даже людей) и вроде бы не приводит ни к каким серьезным последствиям.

С другой стороны, у митохондрий не так уж много возможностей для борьбы друг с другом. Как и нормальные вольные бактериальные клетки, эти органеллы используют для жизни около полутора тысяч разных белков, но в самой нашей митохондрии есть всего полтора десятка белок-кодирующих генов. Причем эти гены кодируют именно ключевые белки дыхательных цепей. Все то, что необходимо митохондрии для повседневного житья-бытья и деления, кодируется генами, расположенными в ядре клетки-хозяина. В этой ситуации единственный способ, которым митохондрия может получить преимущество в размножении, – это потерять еще какую-то часть своей хромосомы в надежде, что клетка-хозяин о ней позаботится. Но этот процесс – потеря митохондриальных генов и их перенос в хозяйское ядро – и так проходил все миллиарды лет эволюции сложных клеток, и, видимо, таким фокусом уже никого не удивишь. А если митохондрия теряет что-то лишнее и становится бесполезной, у клетки есть проверенные механизмы, позволяющие избавиться от такого балласта.

При этом нельзя сказать, что митохондриальная теория начисто отброшена. В конце концов, ее продвигал такой признанный авторитет, как Билл Гамильтон (тот самый, который отстаивал и паразитарную теорию происхождения пола). Некоторые биологи пытаются найти какие-то модификации, позволяющие все же не снимать с митохондрий всю вину за нашу двуполость.

Тут приходится еще раз упомянуть Ника Лейна. Этот блистательный популяризатор по своей первой научной специальности занимался как раз клеточным дыханием (точнее, хемиосмосом). Возможно, именно его зачарованность митохондриями придала новые импульсы разновидностям митохондриальных теорий. Об одной из таких разновидностей можно прочитать в книге Лейна «Энергия, секс, самоубийство», а о том, как она была опровергнута и ее сменил новый вариант, – в его следующей книге «Вопрос жизни». Ник Лейн – человек увлекающийся, и читать его – одно удовольствие. Но все же ему не удалось убедить мир в том, что контроль за качеством митохондрий – главный резон наличия двуполости в земной биосфере.

Что значит «главный резон» с точки зрения земной жизни, которая, вообще-то, не имеет никаких резонов, не ставит перед собой явных целей и ни к чему не стремится? Вопрос на самом деле в том, может ли проблема качества митохондрий создать давление естественного отбора, которое приведет к дифференцировке неких живых существ на два пола или хотя бы два типа спаривания. Пока все свидетельствует о том, что так быть не может. Эндрю Помянковски – он появился в нашей истории еще в двенадцатой главе в связи с проблемой эволюции двух типов спаривания – проверил это предположение на компьютерных моделях и доложил о результатах, причем одним из его соавторов был все тот же Ник Лейн. Оказалось, что никакие предположения о пользе однородительского наследования митохондрий не могут заставить выдуманную популяцию живых существ разделиться на два пола. Другое дело, если эти два пола, или типа спаривания, уже существуют. Тогда мутация, побуждающая организм получать митохондрии только от одного из родителей, может триумфально закрепиться, а заодно и добавить адаптивной ценности самой системе разделения полов.

Так что же, на этом «великий симбиоз» покидает нашу студию? Как бы не так. С уникальными, маловероятными событиями не бывает так, чтобы они не наложили на последующую историю свой уникальный, маловероятный отпечаток. Жизнь возникла на Земле всего один раз, и от этого события мы получили множество гаджетов, про которые невозможно сказать, «зачем они такие». Генетический код, например. Уникальность события волшебным образом снимает с ученых обязанность объяснять «зачем» – достаточно правдоподобной гипотезы «как». Объединение двух клеток – археи и бактерии, будущих эукариот и будущих митохондрий – тоже произошло лишь однажды. Соблазнительно было бы воспользоваться им, чтобы объяснить хотя бы тот же секс. То есть вывести вопрос из плоскости: «Почему секс не мог не возникнуть?», в которой его рассматривали Вейсман, Мёллер, Фишер, Холдейн, Мейнард Смит, Гамильтон и другие столпы эволюционной биологии ХХ века, – и перевести в чуть менее интригующую, зато куда более биологичную плоскость: «Как так получилось».

БИБЛИОГРАФИЯ

Кунин Е. В. Логика случая: о природе и происхождении биологической эволюции. – М.: Центрполиграф, 2014.

Марков А. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. – М.: Астрель; Corpus. 2012. С. 131–198.

Birky C. W. Jr. Uniparental Inheritance of Organelle Genes. Current Biology. 2008. 18(16): R692–695.

Hadjivasiliou Z., Lane N., Seymour R. M., Pomiankowski A. Dynamics of Mitochondrial Inheritance in the Evolution of Binary Mating Types and Two Sexes. Proceedings. Biological Sciences. 2013. 280(1769): 20131920.

Lane N. Life Ascending: The Ten Great Inventions of Evolution. New York: W. W. Norton & Company, 2009. (Лейн Н. Лестница жизни / Пер. П. Петрова. – М.: АСТ: Corpus, 2013. С. 142–185.)

Lane N. Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life. Oxford: Oxford University Press, 2016. (Лейн Н. Энергия, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни / Пер. Н. Ленцман. 2-е изд. – СПб.: Портал, 2022.)

Lane N. The Vital Question: Why Is Life the Way It Is. London: Profile Books, 2015. (Лейн Н. Вопрос жизни: энергия, эволюция и происхождение сложности / Пер. К. Сайфулиной и М. Колесника. – М.: АСТ: Corpus, 2018.)

Pereira C. V., Gitschlag B. L., Maulik R., Patel M. R. Cellular Mechanisms of mtDNA Heteroplasmy Dynamics. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 2021. 56(5): 510–525.

Stewart J., Chinnery P. The Dynamics of Mitochondrial DNA Heteroplasmy: Implications for Human Health and Disease. Nature Reviews. Genetics. 2015. 16(9): 530–542.

Часть третья

Умножение и деление

И птички, и пчелки, и березки, и трипаносомки – все делают это, и к тому же делают очень похожим образом. В третьей части речь о мейозе: зачем он нужен, откуда он взялся и что было не так с нашим общим предком, когда он завел себе эту удивительную привычку.

Глава двадцать пятая, в которой древний микроб находит друга

Великий симбиоз

Однажды – возможно, 2 млрд лет назад или около того – на Земле настали трудные времена. Начались они с того, что некоторые бактерии научились кислородному фотосинтезу, то есть стали использовать солнечный свет для синтеза органики, при этом разрушая молекулы воды и выделяя кислород. Нам с вами кислород нравится, но объективно это довольно неприятное вещество, очень химически активное, немногим лучше какого-нибудь хлора. Кислород начал портить всякие вещества, нарушать химические реакции, на которых строила свое благополучие тогдашняя бактериальная жизнь. Вся, как сейчас выражаются, «экология» пошла насмарку. Древним клеткам надо было как-то выкручиваться.

Одна из таких клеток – архея, привыкшая жить и питаться, восстанавливая углекислый газ водородом (на языке химиков «восстанавливать» что-то – это значит навешивать туда электроны, а у водорода как раз есть лишний электрон). Но с водородом начались перебои. По счастью, неподалеку от археи жили бактерии, которые как раз, среди своих прочих навыков, умели питаться