Скандальная правда о сексуальной жизни растений

Подумайте о том, что происходит, когда вы срезаете с растения отросток, чтобы получить новое растение: ухаживаете за ним, пока он не пустит корни, а затем сажаете его в почву. Но действительно ли растение будет новым или это всего лишь продолжение оригинала? Опять же, оно генетически идентично растению, от которого вы его взяли, и секса снова не случилось.

При желании в течение нескольких лет вы могли бы постоянно срезать отростки и заполнить весь свой сад тем, что на самом деле является одним растением, но существует во многих экземплярах.

Конечно, вы можете сказать, что бактерии и садовые растения не самые хорошие примеры бесполого размножения и что это очень слабые доказательства. Бактерии крошечные (хотя в данном случае это не так уж и важно) и простейшие существа, которым не удалось открыть для себя секс. И хотя фермеры и садоводы способны воспроизводить растения бесполым путем, это не то, что растения предпочитают делать, когда им предоставляют свободу.

Правда в том, что бактерии очень далеки от простоты, и их поведение может быть очень сложным, а большинство растений могут размножаться вегетативно, то есть бесполым способом, сами по себе, и многие из них это практикуют. В Северной Европе, где широколиственные деревья близки к климатическому пределу своего ареала и испытывают трудности в надежном производстве семян из года в год, большинство из них полагается на вегетативное размножение. Когда вы натыкаетесь на рощу деревьев определенного вида, есть вероятность, что все они являются стволами одного дерева. Как репродуктивная стратегия этот метод работает очень хорошо.

В Национальном лесу Фишлейк, штат Юта, есть роща осинообразных тополей (Populus tremuloides), которая занимает 43 гектара и содержит около 47 000 на первый взгляд отдельных деревьев. Только они не совсем индивидуальны. Каждое из них произошло от побега, возникшего на корнях давно умершего оригинального дерева, и по мере того как каждый новый росток распространял свои собственные корни, на них появлялись новые ростки.

Генетически идентичные, они все составляют одно дерево, и их корни связаны под землей. В мире оно известно как дерево Пандо, что по-латыни означает «я распространяюсь». Отдельные побеги живут примерно 150 лет, но некоторым корням около 80 000 лет, хотя, вне всякого сомнения, прародитель намного старше.

Осинообразные тополя в Национальном лесу Фишлейк, штат Юта, произошли от одного дерева и генетически идентичны

Ларрея трехзубчатая (Larrea tridentata), которая обитает в пустыне Мохаве, тоже прибегает к клонированию. Когда куст стареет, его крона делится на несколько отдельных, и как только это происходит, старая крона умирает и исчезает, позволяя каждой из дочерних стать отдельным растением. Одному из таких клонов, названному Королевским, предположительно 11 700 лет.

Орляк обыкновенный (Pteridium aquilinum), один из самых распространенных папоротников в мире, производит миллионы мельчайших спор, которые разносятся ветром, чтобы стать новыми растениями, где бы они ни приземлились. Это утверждение верно для всех папоротников, но в целом споры папоротника прорастают довольно редко, поскольку единственным недостатком растения является то, что оно не выносит тень. Следовательно, лучше всего они растут на местах пожаров. Как только растение начинает расти, оно производит подземный стебель, называемый корневищем, который тянется горизонтально глубоко под землей.

Почки в узлах на глубоком корневище дают начало новым побегам — новые побеги производят листья, которые растут вверх, чтобы кормиться при помощи фотосинтеза. Так что если вы видите участок, заросший папоротником, вы с большой долей вероятности смотрите на одно-единственное растение. Отрезки глубокого корневища в конце концов отмирают, что может разбить участок на отдельные группы, но все они остаются генетически идентичными, ведь это по-прежнему одно и то же растение. Ученые из Финляндии обнаружили такой участок диаметром 450 метров, которому, по их мнению, около 1455 лет.

Я привел уже достаточно примеров и доводов в пользу бесполого размножения, по крайней мере для растений и бактерий. Более того, вегетативное размножение избавляет растение от необходимости тратить энергию на производство цветов с мужскими и женскими органами, а затем искать способ передачи пыльцы от мужских органов к женским. Если вы делаете это, знайте: вы все еще передаете потомству только половину своих генов. Если рассуждать таким образом, секс кажется до смешного неэффективным. И это еще не всё. Если вы размножаетесь бесполым путем, вам не нужны мужчины. Эта мысль не дает мне покоя.

Итак, если секс энергозатратен и даже не нужен, то зачем он вообще существует? Почему бактерии, несмотря на свою бесполость, часто обмениваются генами через трубку, которую одна клетка протягивает через стенку другой? Этот процесс называется конъюгацией, и способные на него клетки образуют половые типы. Это не секс, но очень похоже на него. И хотя большинство растений приспособлены к бесполому размножению, время от времени они вырастают из семян.

Каков же ответ на мой вопрос? Никто точно не знает, но есть по крайней мере одно правдоподобное предположение: ключ к разгадке кроется в бактериях. Биологи многое знают об их истории. Они нашли окаменевшие следы существования бактерий, живших миллиарды лет назад, и вот что поразительно: насколько можно судить, с тех давних пор эти микроорганизмы почти не изменились. Такое ощущение, что эволюция прошла мимо них. Сравните это с цветковыми растениями, которых, скорее всего, вообще не существовало 170 миллионов лет назад, а теперь они растут повсюду на планете и насчитывают примерно 352 000 видов.

Всякий раз, когда бактерия делится, она должна создать две копии своей ДНК — по одной копии для каждой дочерней клетки. Если в течение двадцати минут эта ДНК была повреждена, скажем, радиацией или каким-то химическим веществом, попавшим в клетку, обе копии будут иметь это повреждение или мутацию. Большинство мутаций вредны, и вероятным следствием такого повреждения является то, что ни одна из дочерних клеток не будет функционировать правильно. Они или их собственные дочерние клетки не смогут размножаться — и линия вымрет, забрав с собой мутировавшую ДНК. Не существует способа отделять вредные мутации от очень редких полезных, хотя именно через накопление последних и развиваются организмы. В результате бактерии практически не могут эволюционировать, вот почему они практически не изменились.

В половом размножении участвуют два набора клеток ДНК. Они сливаются, и в ходе этого процесса есть шанс разделения вредных и полезных мутаций. Первые, как правило, устраняются, в то время как вторые могут быть приобретены от одного из родителей или от обоих, — эта вероятность повторяется с каждым поколением. Иначе говоря, естественный отбор действует для устранения вредных мутаций и отбора полезных, — но в размножающихся бесполым путем организмах отбор действует на весь организм, тогда как в существах, выбирающих половой путь, он распространяется только на отдельные признаки.

Появление новых полезных черт в популяции — все еще медленное и рискованное дело, но по мере распространения они объединяются с предшествовавшими им полезными чертами. Как только все закрепляется, новые преимущества позволяют виду увеличиваться в количественном отношении, и чем больше популяция, тем больше вероятность появления новых полезных мутаций и их установления. Впрочем, устранение вредных изменений работает довольно эффективно. Половое размножение ускоряет темп эволюции, а быстрый темп эволюции увеличивает шанс успешной адаптации к преобразованиям в окружающем мире.