"Не знают? - взорвалась Большая Заг. - Не знают?! Их самая удивительная особенность, самый интригующий научный вопрос, который кто-либо когда-либо задавал о жизни на Земле - и они не знают?! Да хранит нас Зод!""
От лестницы к беговой дорожке
Зачем нужно половое размножение? Ответ, конечно, банален. Но почему делать детей нужно вдвоем? Почему не втроем? Почему, наконец, мы просто не клонируемся? И вообще, есть ли у всего этого причины?
Около 20 лет назад небольшая группа биологов взглянула на эти вопросы по-новому. Хорошо все обдумав, они обнаружили, что вообще не понимают преимущества полового размножения - как равно и того, почему оно не исчезло сразу же после появления. С тех пор вопрос о его смысле открыт и остается, по сути, главным в эволюции.
Однако постепенно из нагромождения гипотез стал вырисовываться интересный ответ. Чтобы его понять, нам придется заглянуть в Зазеркалье, где ничто не является тем, чем кажется. Половое размножение - это не репродукция, пол - это не самки и самцы, ухаживание - не для соблазнения, мода не связана с красотой, а любовь - не привязанность.
В 1858 году, когда Чарльз Дарвин и Рассел Уоллес дали первое правдоподобное описание механизмов эволюции, викторианский фетиш "прогресса" был в зените своей власти над людскими умами. Дарвина и Уоллеса немедленно приняли как провозвестников "бога прогресса". Мгновенно вспыхнувшая популярность теории эволюции во многом обязана тому факту, что ее по ошибке восприняли как теорию неуклонного прогресса от амебы до человека, как лестницу совершенствования.
К концу второго тысячелетия у человечества наблюдается уже совсем в другое настроение. Мы чувствуем, что благодаря прогрессу скоро наступит перенаселение, случится парниковый эффект и исчерпаются природные ресурсы. Как быстро мы ни бежим, никуда не попадаем. Сделала ли индустриальная революция среднестатистического обитателя Земли здоровее, богаче и мудрее? Да, если он - немец. Нет, если он - бангладешец.
Эволюционная наука простодушно (или, как заметил бы философ, вполне предсказуемо) следует этому общему настроению. Сегодня в эволюционной биологии модно презирать прогресс: эволюция - беговая дорожка, а не лестница, ведущая наверх.
Беременные девственницы
Для людей секс - единственный способ родить ребенка. В этом, очевидно, и есть смысл полового размножения. Еще во второй половине XIX века натуралисты в этой связи задались одним вопросом. Известно много других способов воспроизводства - не хуже полового: микроскопические животные размножаются простым делением, ивы вырастают из отростков, одуванчики производят семена, из которых вырастают точные копии родительского организма, девственные партеногенетические тли рождают партеногенетических деток, уже беременных другими партеногенетическими детками. Август Вейсман озвучил этот вопрос в 1889 году. "Значение амфимиксиса (полового размножения), - писал он, - не может состоять в самом размножении. Ведь оно может происходить и без амфимиксиса самыми разнообразными способами - разделением организма на два, почкованием и даже продуцированием одноклеточных зародышей".
Вейсман заложил великую традицию. С того самого дня эволюционисты регулярно объявляют половое размножение "проблемой", роскошью, которой не должно существовать. Есть анекдот о заседании Лондонского королевского научного общества, на котором присутствовал король. Началась серьезная дискуссия о том, почему если в котелок поместить золотую рыбку, то он будет весить столько же, сколько и без рыбки. Были предложены и отвергнуты самые разные объяснения. Спор накалялся. Наконец, король сказал: "Я сомневаюсь в исходном предположении". Он послал за котелком воды, рыбкой и весами. Был проведен эксперимент. Котелок поставили на весы, сунули туда рыбку, и вес котелка увеличился ровно на ее массу. Естественно.
Это, конечно, выдумка, и несправедливо полагать, будто ученые, которых вы встретите на этих страницах, настолько глупы, что видят проблему там, где ее в действительности нет. Но сходство есть. Когда группа исследователей неожиданно заявила, что не может объяснить существования полового размножения, а имеющиеся версии неудовлетворительны, и потому его вообще не должно существовать, многие нашли эти интеллектуальные изыски абсурдными: ведь половое размножение существует и, соответственно, должно давать какое-то преимущество. Биолог, утверждающий, что животные и растения должны размножаться бесполо, похож на инженера, твердящего, что шмель не должен летать. "Проблема с этой дискуссией, - писала Лайза Брукс (Lisa Brooks) из университета Брауна, - в том, что многие организмы, размножающиеся половым путем, похоже, не в курсе о ее выводах". В наших теориях существует масса дыр - мог бы сказать циник. Но не надо думать, что кто-то может получить Нобелевскую премию только за то, что заткнет их. И потом, почему у полового размножения обязательно должен быть смысл? Может быть, такой стиль репродукции - это просто эволюционная случайность, как левостороннее движение?
Тем не менее у многих организмов полового размножения нет вообще или оно происходит лишь раз в насколько поколений. Праправнучка партеногенетической тли в конце лета будет размножаться половым путем. Она спарится с самцом и даст потомство, которое будет нести черты обоих родителей. Почему она это делает? Для эволюционной случайности половое размножение всплывает тут и там чересчур навязчиво. Дебаты продолжаются. Каждый год возникает новый букет объяснений, новая коллекция очерков, экспериментов и компьютерных симуляций. Опросите ученых, работающих с этими вопросами сегодня, и практически все они скажут, что проблема решена - но не сойдутся в ответе. Один человек будет настаивать на гипотезе А, второй - на В, третий - на С, четвертый - на всех трех. Может быть, нужно вообще другое объяснение? Я спросил Джона Мэйнарда Смита (John Maynard Smith) - одного из первых, кто задал вопрос: "Зачем нужно половое размножение?" - считает ли он, что нужно искать еще какие-то новые объяснения. "Нет. У нас есть ответы. Мы просто не можем на них сойтись", - признался он.
О половом размножении и свободной торговле
Прежде чем мы продолжим, необходимо объяснить некоторые генетические термины. Гены - это биохимические рецепты, записанные четырехбуквенным алфавитом в молекуле ДНК. В них написано, как построить тело и как им управлять. У нормального человека в каждой клетке тела содержатся по две копии 30 тысяч человеческих генов. Совокупность всех 60 тысяч генов человека называется геномом, а сами они расположены на 23 парах лентовидных хромосом (которых, таким образом, у нас 46). Когда мужчина оплодотворяет женщину, каждый его сперматозоид содержит только 23 хромосомы и только одну копию каждого гена. Последние складываются с 30 тысячами генов, содержащихся в женской яйцеклетке - и образуется полный комплект генов человеческий эмбрион, содержащий 30 тысяч пар генов на 23 парах хромосом.
Еще один технический термин - мейоз. В процессе него у организма образуются гаметы: у самца - сперматозоиды, у самки - яйцеклетки. Из каждой пары генов в гамету случайным образом попадает только один (полученный либо от матери, либо от отца). Каждая гамета, таким образом, несет только половину генов организма, который ее вырабатывает. Теоретически, при образовании конкретных сперматозоида или яйцеклетки во всех 30 тысячах парах генов могут случайно выбраться полученные только от отца или только от матери. Но в реальности часть генов всегда оказывается материнского происхождения, а часть - отцовского. Перед образованием гамет происходят очень интересные вещи: каждая из 23 хромосомных пар выкладывается так, что составляющие ее две гомологичные хромосомы (одна - от отца, вторая - от матери) располагаются параллельно. В каждой паре отцовская и материнская хромосомы обмениваются генами, отвечающими за одни и те же процессы и тоже называющимися гомологичными (например, ген, отвечающий за группу крови AB0 и находящийся в материнской хромосоме, гомологичен такому же гену в отцовской). Процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами называется рекомбинацией. В результате последней, из каждой пары гомологичных хромосом образуются две хромосомы, имеющие смешанное происхождение - отчасти отцовское, отчасти материнское. В конкретную гамету попадет только одна из них. После того как гамета сольется с гаметой другого партнера (и произойдет оплодотворение), возникнет новый организм, несущий, как и положено человеку, все 46 хромосом: каждая из 23 сперматозоидных встретит гомологичную из яйцеклетки и возникшую в результате рекомбинации хромосом родителей матери (бабушки и дедушки). Слияние гамет называется скрещиванием.
Половой процесс - это рекомбинация и скрещивание одновременно. И, главное, во время него происходит перетасовка генов. В ребенке объединяются (путем скрещивания родителей) тщательно перемешанные (путем рекомбинации) гены его двух дедушек и двух бабушек. Рекомбинация и скрещивание - ключевые моменты полового размножения, а все остальное - двуполость, выбор партнера, избегание инцеста, полигамия, любовь, ревность и т. п. - способы сделать скрещивание и рекомбинацию более эффективными или более точными.
Если половым процессом называть механизм перетасовки генов двух особей, то сама репродукция в такой формулировке оказываются к нему никак не привязана. Организм может обмениваться генами с другим организмом на любой стадии жизни, независимо от момента размножения. Бактерии сцепляются друг с другом, как бомбардировщики с самолетами-заправщиками, передают через специальную трубку некоторое количество генетического материала и расходятся в разные стороны. Размножаются они независимо от этого процесса - простым делением.
Итак, половой процесс - это перемешивание генов. Вот только непонятно, зачем оно вообще понадобилось. С распространенной в XX веке наиболее ортодоксальной позиции, благодаря нему возникает генетическое разнообразие, материал для естественного отбора. Перемешивание не изменяет сами гены (даже Вейсман, ничего не знавший о генах и говоривший вместо них о каких-то "идах", это отлично понимал), а складывает их в новые комбинации. Половой процесс - это свободная торговля удачными генетическими изобретениями. Он существенно увеличивает шансы последних на распространение по всему виду, который, благодаря этому, будет быстрее эволюционировать. Вейсман назвал половой процесс "источником индивидуальной вариабельности, дающим материал для естественного отбора".
Грэхем Белл (Graham Bell), монреальский биолог британского происхождения, назвал эту точку зрения гипотезой "викария из Брэя" - в честь вымышленного священника, жившего в XVI веке и демонстрировавшего выдающуюся способность адаптироваться к изменяющимся религиозным веяниям, со сменой монарха переходя из протестантства в католичество и обратно. Подобно ему, животные, размножающиеся половым путем, быстро адаптируются к изменениям. Гипотеза "викария из Брэя" превалировала почти целый век, да и сегодня еще жива в учебниках по биологии. Трудно указать точный момент, когда она впервые была поставлена под сомнение. Некоторые вопросы возникли уже к 1920-м годам. Биологи стали осознавать, что в логике Вейсмана имеется серьезный изъян: она видит эволюцию как некий императив - будто бы в эволюционировании и состоит смысл существования вида.
Это, конечно, полная ерунда. Непосредственными участниками эволюции являются отдельные организмы, а не виды. Она - процесс ненаправленный, эволюционирующие организмы следующего поколения могут оказаться сложнее нынешнего, проще, или вообще не измениться. Мы настолько зациклились на идее совершенствования, что от нее удивительно трудно отказаться. Но ведь никто не додумается сказать целаканту, выглядящему так же, как и 300 миллионов лет назад, что, "не эволюционируя", он нарушил какой-то закон. Может быть, кто-то считает его "неудачной попыткой" природы - только потому, что он эволюционировал недостаточно быстро и из него не получился человек? Как заметил Дарвин, человечество грубо вмешалось в эволюцию и ускорило ее, произведя сотни пород собак (от чихуахуа до сенбернаров) - эволюционно говоря, за мгновение ока. Одного этого уже достаточно, чтобы понять: эволюция идет не так быстро, как могла бы. Целакант - как раз очень удачная модель. Настолько удачная, что он остался таким же, каким был сотни миллионов лет назад, и его "конструкция" продолжает существовать без изменений, как "Фольксваген-жук". Эволюционирование - не самоцель, а средство для решения текущих задач.
Тем не менее последователи Вейсмана - в особенности, сэр Рональд Фишер (Ronald Fisher) и Герман Мюллер (Hermann Müller) - не избежали телеологической ловушки: веры в самоцель эволюции. Опасно подойдя к заявлению о предопределенности последней, они считали эволюционирование главным смыслом существования живых организмов. Обогатив аргументы Вейсмана концепцией гена, Фишер (в 1930 году) и Мюллер (в 1932 году) выдвинули, на первый взгляд, железобетонные доводы, объясняющие эволюционное преимущество полового размножения над бесполым. Второй из них даже осмелился объявить, что новая генетическая наука полностью решила проблему. Вот его аргументы. У видов с половым размножением особи обмениваются вновь возникшими генами между собой, у бесполых - нет. Первые похожи на группу изобретателей, работающих вместе. Если один придумал паровой двигатель, а другой - железную дорогу, то осталось только сложить эти идеи вместе. Бесполые же подобны изобретателям-одиночкам, которые никогда не делятся своими знаниями, и в их мире паровые локомотивы буксуют на обычных дорогах, а лошади таскают телеги по железным.
В 1965 году Джеймс Кроу (James Crow) и Моту Кимура (Motoo Kimura) дополнили логику Фишера-Мюллера, продемонстрировав с помощью математических моделей, как у видов, размножающихся половым путем (в отличие от бесполых), в одном организме могут встретиться редкие мутации - за счет комбинаторики полового процесса. Таким видам не приходится ждать совпадения двух редких событий в одном и том же индивиде, они могут комбинировать мутации из разных особей. В случаях, когда популяция состоит хотя бы из тысячи особей, это, по словам авторов, дает видам с половым размножением преимущество над бесполыми. Отлично! Этот процесс оказался ускорителем эволюции, что математики неплохо и обосновали. Казалось бы, дело можно закрывать.
Человек, враг человека
Все так бы и осталось, если бы на несколько лет раньше, в 1962 году, шотландский биолог В. К. Уинн-Эдвардс (V. С. Wynne-Edwards) не опубликовал внушительную книгу, сыгравшую во всей этой истории критическую роль. Он оказал биологии огромную услугу, разоблачив чудовищное заблуждение, систематически поражавшее эволюционную теорию в самое сердце еще со времен Дарвина. Интересно, что сам он вовсе не собирался этого делать, поскольку, напротив, был абсолютно уверен в верности этого заблуждения, которое, однако, именно ему было суждено впервые вытащить на свет.
Его во всей красе демонстрируют многие дилетанты - когда пытаются рассуждать об эволюции. Часто мы небрежно замечаем, что эволюция - это вопрос "выживания вида". И представляем себе, что это виды конкурируют друг с другом, что дарвиновская "борьба за существование" шла между динозаврами и млекопитающими, между кроликами и лисами или между современными людьми и неандертальцами. Мы ощущаем аналогию с государствами и футбольными командами: Германия против Франции, хозяева против гостей.