Каждой твари — по паре: Секс ради выживания
Шрифт:
Новые виды также могут образовываться из-за несовместимости в ходе репродукции — к примеру, когда сперматозоидов и яйцеклетки не могут распознать друг друга. Возвращаясь к нашему виду, изменение в механизме взаимодействия икры и бидина способно привести к возникновению нового вида морских ежей. Чтобы представить, как подобное может случиться, вообразите, что самцы ежа-скаловерта различаются между собой лишь по типу производимого ими биндина. Для простоты допустим, что биндин существует лишь в двух вариантах, А и В. Теперь представьте, что икра каждой самки вашего вида совместима лишь с одним из двух типов биндина. Если совместимость настолько жесткая, что икру некоторых самок может оплодотворить лишь сперма, содержащая биндин типа А, а других — только сперма содержащая биндин типа В, морские ежи-скаловерты разделятся на два разных вида, даже если их представители будут абсолютно идентичны по всем остальным признакам.
Пока до этого не дошло, однако все движется в этом направлении.
Забавно, что у многих организмов эволюция протеинов, задействованных при репродукции, — и, соответственно, в производстве спермы, яиц, семенной жидкости и т. д. — идет быстро. Очень быстро. К примеру, у млекопитающих два вида протеина, встречающихся на поверхности яйцеклетки и взаимодействующих со спермой в ходе оплодотворения, изменяются прямо-таки с космической скоростью. Столь же быстро у самок плодовых мушек видоизменяются протеины, влияющие на то, сможет ли очередной любовник извлечь из репродуктивных путей сперму предыдущего ухажера. Чемпионом, однако, следует считать лизин, влияющий на то, сможет ли сперма морского ушка взаимодействовать с икрой самки: она видоизменяется в 25 раз быстрее гамма-интерферона, протеина, играющего важную роль в иммунной системе млекопитающих, который считают наиболее быстро видоизменяющимся из всех известных белков.
Итак, мы обнаружили два забавных факта. Во-первых, в белках, задействованных при репродукции, эволюционные изменения происходят особенно быстро. Во-вторых, изменения этих белков могут приводить к образованию новых видов. А теперь сложим эти факты вместе: если бы мы поняли, почему белки, задействованные в репродукции, видоизменяются так быстро, мы бы сумели разобраться в движущих силах, которые приводят к возникновению новых видов.
Между тем одной из причин быстрой изменчивости белков, участвующих в размножении, может быть именно война полов. Эта теория кажется весьма привлекательной, тем более что мы уже разобрались, как самцы и самки, оказавшись в тисках войны, втягиваются в скоростную гонку вооружений. Более того, среди насекомых, у которых большинство самок встречается с несколькими любовниками, — а это и есть причина войны — новые виды появляются как минимум вчетверо чаще, чем у тех, кто вступает в половую связь лишь с одним.
Это исследование — впечатляющий старт, к тому же оно прекрасно укладывается в теорию. Однако делать какие-либо определенные выводы все еще слишком рано. Чтобы доказать, что борьба полов стимулирует образование новых видов, мы, в идеале, должны продемонстрировать, что быстрая эволюция мужских протеинов, связанных с размножением, ведет к столь же быстрой эволюции соответствующих женских протеинов, и наоборот. Для примера представим, что в результате эволюции семя морского ежа стало проникать в икринки еще быстрее. С точки зрения яйцеклетки это плохие новости: слишком быстрое проникновение может привести к тому, что в икринке окажется более одного сперматозоида. Однако икре это не нужно, поскольку у вашего вида наличие более чем одного сперматозоида не дает развиваться зародышу. Таким образом, яйцеклетка, способная предотвратить слишком быстрое проникновение сперматозоидов, получает эволюционное преимущество. Однако на сегодня нам известен лишь один быстро изменяющийся протеин, при этом оба участника известны, а результат тянет на назидательную историю скорее о погоне, чем о войне.
Как я говорила чуть раньше, лизин, белок, определяющий, смогут ли сперматозоиды морского ушка оплодотворить икру, развивается с рекордной скоростью. При этом сами морские ушки образуют новые виды с впечатляющей скоростью, что очень соблазнительно для исследователя. Давайте же разберемся, что происходит с их икрой. Как и морские ежи, морские ушки тысячами выпускают сперматозоиды и икринки в воду. Каждая икринка упакована в волокнистый материал — вителлин. Чтобы добраться до икринки, сперматозоиду нужно пробурить ход в оболочке: этим и занимается лизин. Таким образом, лизин содержащийся в сперме, должен сначала закрепиться на вителлине. Изменения в оболочке затрудняют эту задачу. Если лизин не сможет закрепиться на ней, сперматозоид не попадет к икринке. Таким образом, любые изменения в оболочке должны приводить к быстрым изменениям лизина, содержащегося в сперме.
И действительно, лизин эволюционирует в ответ на изменения яйцеклетки. Однако сама яйцеклетка не приспосабливается к лизину. Оболочка икринок видоизменяется случайным образом, и лизину приходится успевать за этими изменениями. Удивительная история: лизин старательно эволюционирует, в то время
как икра живет, как ей вздумается, бесстрастно глядя на его старания. Ключ к этой тайне лежит в природе икорной оболочки. Это сложная субстанция, настоящая мозаика из нескольких компонентов. Основная ее часть, к которой, собственно, и прикрепляется лизин, — гигантская молекула VERL (vetelline envelope receptor for lysin, или вителлиновый оболочечный рецептор лизина). Он состоит из элемента, повторяющегося 28 раз.Повторяющиеся элементы часто становятся причинами генетических проблем. Представьте для примера ген, в последовательности которого одна или несколько букв генетического алфавита повторяются несколько раз подряд. Когда наступает необходимость копирования гена — к примеру, при создании яиц или сперматозоидов, — клеточный генетический копировальный аппарат скользит вдоль молекулы ДНК, копируя ген, как полагается. Все идет хорошо, пока аппарат не доходит до повторяющейся последовательности. В этот момент машина зачастую начинает сбиваться со счета, повторяя последовательность слишком большое или, напротив, недостаточное число раз. Это как если бы вы попытались переписать число 7878787878787878787 без помощи знаков пунктуации, не имея возможности вернуться назад и свериться с оригиналом. Действительно, в подобных случаях часто начинается хаос. Некоторые генетические болезни человека — к примеру, форма слабоумия, известная как болезнь Хантингтона — возникают из-за случайных ошибок в числе повторений.
Что касается VERL у морских ушек, повторяемая часть в нем особенно велика — повторяется не каждый второй, а каждый 460-й элемент, поэтому сбои случаются часто. В случаях, когда повторяемая последовательность велика по размеру, мутация в одном элементе может постепенно распространиться на остальные элементы с помощью пассивного процесса, известного как согласованная эволюция. Почему так происходит, неизвестно. Однако понятна серьезность последствий. Представим, что в одном из 28 элементов, составляющих VERL, произошла мутация, причем столь серьезная, что этот элемент больше не опознается лизином. С точки зрения икры это пустяки. Остальные 27 элементов молекулы продолжают функционировать, так что способность к оплодотворению сохраняется на прежнем уровне. С точки зрения спермы тут тоже нет ничего страшного, поскольку сперматозоид все равно сможет прикрепиться к икринке, используя немутировавший элемент. Однако если мутация начнет распространяться на остальные элементы, самцы, чей лизин способен опознать мутировавшую часть молекулы, получат эволюционное преимущество. Полагаю, именно этот пассивный процесс приводит к быстрой эволюции лизина, заставляя морских ушек образовывать все новые виды. Получается, что этот вид участвует не в эволюционной войне, а в эволюционной гонке.
Отсюда не следует, однако, что битва полов приводит к возникновению новых видов. Это лишь доказывает, что не следует делать поспешных выводов, не имея достаточной информации. Что же касается морских ежей, боюсь, о вашей икре известно настолько мало, что невозможно наверняка утверждать, являетесь ли вы секс-бойцами, любителями побегать за юбками или и тем и другим одновременно. Если я это выясню, непременно дам вам знать.
Дорогая доктор Татьяна,
Мой сын — великолепный самец ламантина, и я им очень горжусь. Но есть одна проблема: он постоянно целуется с другими самцами. Что сделать, чтобы научить его уму-разуму и уберечь от гомосексуализма?
Оголтелый гомофоб с Флорида-Кис
Учить уму-разуму следует не его, а вас. Гомосексуализм встречаются у всех видов живых существ. Посмотрите на бонобо — сластолюбивых животных, известных также под именем карликовых шимпанзе (хотя это название кажется мне странным, ведь бонобо ничуть не мельче остальных видов шимпанзе). Бонобо любят секс, а их самкам нравится заниматься сексом друг с другом. Одна из них ложится на спину, другая вскарабкивается на партнершу, и они начинают тереться друг об друга гениталиями. У самцов пингвинов Адели, одних из самых миниатюрных пингвинов Антарктики, как и у большинства птиц, нет пенисов. Но это не мешает им предаваться гомосексуальным радостям. В одном из документально зафиксированных случаев два самца обнимали друг друга, как они обычно обнимают самок, затем один из них лег на живот, задрав к небу клюв и хвост, как обычно делают пингвинихи, готовые к совокуплению, а второй отпингвинил его, излив сперму в его гениталии. Затем они поменялись ролями. Или возьмите дельфинов. Дельфины-афалины имеют католические предпочтения в сексе. Их часто видят совокупляющимися с черепахами (они помещают свои пенисы в мягкие ткани задней части панциря жертвы), акулами и даже угрями. Угрями? Да-да. Дело в том, что во время эрекции на конце пениса дельфина образуется крюк, на который они не прочь подцепить извивающегося в безнадежных попытках освободиться угря. Вполне естественно, что самцы дельфина совокупляются и друг с другом, погружая пенис в генитальную щель партнера. Амазонский речной дельфин-бото идет еще дальше, засовывая пенис партнеру в дыхало. Так что на вашем месте я бы не расстраивалась из-за каких-то там поцелуев.