За внешностью слизня, которая кажется воплощением вселенского спокойствия, скрывается агрессивная, беспощадная к представителям своего вида натура
Некоторые виды рыб используют для процесса воспроизводства все имеющиеся возможности. Например, популяция рыб-попугаев одновременно включает в себя самок, которые так и будут самками до конца своих дней, самцов, которые так и останутся самцами, гермафродитов и самцов, выросших из самок, – не сообщество, а кошмарный сон для любого сексолога!
В порядке исключения последовательный гермафродитизм случается у птиц.
Пережив стресс, Петя-петушок может превратиться в Курочку Рябу
Обычно смена пола у пернатых происходит под влиянием какого-то мощного стресса. Самой собой, у диких птиц зарегистрировать такое явление сложно, а вот у домашних – вполне можно. В старину, кстати, считалось, что если такое чудо на подворье произошло – быть беде. На Руси таких недокур (или недопетухов?) называли «курий».
Не так давно в итальянской Тоскане фермерский петух поменял пол. Петушок Золотой Гребешок исправно обслуживал свой гарем, как вдруг в курятник пробралась лисица и передавила всех кур. Петух остался один и вскоре… начал нести яйца. С горя и тоски, не иначе. Несколькими годами ранее аналогичный случай наблюдали и в России. Правда, повод к смене пола у нашего Петьки был другой – он наелся отравленных крысиным ядом зерен. Помереть не помер, а вот яйца нести сподобился.
Пережив стресс, Петя-петушок может превратиться в Курочку Рябу
Партеногенез
Кое-кто пошел еще дальше и освоил-таки в рамках целого биологического вида размножение путем партеногенеза – девственно, без участия особи противоположного пола. Любой садовод знает, с какой астрономической скоростью способна размножаться тля. Удивительно, но за редким исключением эти твари, пожирающие наши розы, представлены одними самками. Без какого-либо участия самца тля способна ежедневно производить на свет до 30 дочерей, своих точных генетических копий, при этом каждая без исключения будет нести в себе заряд боеприпасов – непрерывный конвейер воспроизведения продолжится, количество новых букашек будет расти в геометрической прогрессии. Откуда же берутся самцы у тлей? После осенних любовных утех, во время которых самцы допускаются в общество этих крылатых амазонок, самки могут принести потомство мужского пола.
Каждый день – по тридцать новорожденных! Самка садовой тли с дочерями
Дубовые орехотворки тоже предпочитают непорочное зачатие – вышедшие ранней весной из чернильных орешков бескрылые самки откладывают неоплодотворенные яйца, из которых в разгар лета выйдут крылатые особи женского пола и разлетятся по лугам и полям теперь уже в поисках партнера.
Многие виды ящериц способны размножаться партеногенезом
Партеногенез в природе встречается значительно реже, чем гермафродитизм. Всего биологам известно 70 видов позвоночных, способных к такому способу размножения, в процентах же это всего одна десятая от общего числа – к ним относятся некоторые виды ящериц, рыб и птиц. Гораздо чаще он встречается у насекомых и простейших: пчел, тли, балянуса, коловраток, дафний, тихоходок.
Между прочим, существует и мужской партеногенез – андрогенез. Это очень редкий способ размножения, при котором новый организм несет в себе только отцовские признаки. При андрогенезе в делении участвует ядро мужской половой клетки и цитоплазма женской. Такое случается, если ядро женской клетки оказалось поврежденным или погибло. В лабораторных условиях андрогенеза добиваются, механически устраняя женское ядро или уничтожая его ионизирующим излучением, обрабатывая ядами, сильно нагревая. Иногда андрогенез происходит, когда две мужские половые клетки одновременно проникают в яйцеклетку и сливаются между собой. В результате такого размножения рождаются особи только мужского пола с полным генотипом отца.
Почкование
Почкование относится к бесполым видам размножения, при котором новый организм появляется за счет выростов на материнском теле. Половые клетки в нем не участвуют. Просто в определенный момент в теле взрослой особи клетки начинают самопроизвольно делиться, образуется почка, которая растет, увеличивается и, наконец, становится бугорком, а потом – отростком. В конце концов, отросток приобретает форму миниатюрной копии матери, отпочковывается от ее организма и начинает жить собственной жизнью. Этот способ нашли очень привлекательным простейшие, губки, некоторые виды червей, коралловые полипы.
Морские губки пошли по самому простому пути – размножаются почкованием
Некоторые животные выбрали этот метод как запасной. Пресноводная гидра способна размножаться двумя способами: традиционным половым путем осенью, в другое время года – почкованием. Была одна – стало две. Куда как хорошо! И голову ломать не надо, тем более что ее нет.
Деление
Деление – излюбленный способ размножения у простейших. Амебы, бактерии, инфузории, простейшие грибы избрали для продолжения рода именно деление.
Простейшие размножаются посредством деления
Поскольку эти микроорганизмы по сути представляют собой фактически всего одну клетку, то почковаться там, само собой, нечему. В определенный момент у клетки образуется перемычка, она разделяет исходный организм пополам и получаются уже две клетки, готовые тут же продолжить размножаться. Амебы и бактерии могут делиться на сколько угодно экземпляров, если только какой-либо фактор извне не уничтожит их. В каком-то смысле они бессмертны.
…и другие варианты
Есть еще один очень интересный способ размножения, сходный по механизму с почкованием, – размножение фрагментацией, или регенерация. Все наслышаны о том, что если дождевого червя разрезать на две части, то в итоге получится два дождевых червя.
Оторванный луч морской звезды тоже может развиться в полноценную самостоятельную особь.
Пресноводная гидра способна восстановиться из одной двухсотой своей части.
Способ, прямо скажем, экстремальный, ведь по доброй воле рвать себя на клочки никто не станет даже ради продолжения рода.
Если морской звезде оторвать луч, она вырастит себе новый, а из оторванного может развиться еще одно животное
На самопроизвольную фрагментацию решаются только самые смелые из морских кольчатых червей. Больше желающих нет. Но если на тебя напал хищник и откусил какую-нибудь важную часть тела – подойдет и этот способ самовосстановления. В чрезвычайных ситуациях все средства хороши! А такой оригинал, как малярийный плазмодий, размножается методом шизогонии – в его клетке образуется несколько ядер, которые потом распадаются на новые, точно такие же плазмоиды.
Если пресноводную гидру разорвать на двести частей, она восстановится из каждой из них
Все перечисленные альтернативные виды размножения хороши тем, что все без исключения (или за очень малым исключением) особи способны приносить потомство, в то время как у раздельнополых животных давать потомство может только условная половина. Это дает особо изобретательным популяциям фору в скорости завоевания жизненного пространства и способствует быстрому распространению вида.
Что же касается растений, то у них вообще при самооплодотворении (без участия так называемых мужских цветов) вдвое повышается количество производимого потомства! Все потомки без исключения сохраняют свои первоначальные признаки, и виду не грозит растворение среди других. Внешне все выглядит более чем благополучно. Просто, не хлопотно, безопасно, не надо заморачиваться всякими брачными играми, да и результат замечательный. И зачем, спрашивается, в таком случае нам нужны мужчины?
Глава 2 Зачем природе понадобились мужчины?
На первый взгляд, все перечисленные в предыдущей главе способы размножения по-настоящему выгодны. Биологи даже предполагают, что и партеногенез, и гермафродитизм – результат эволюционных изменений у отдельных видов, а вовсе не пережиток прошлого. Однако мать-природа почему-то остановилась на рыбах, не пустив любителей размножаться подобным способом выше в эволюционной лестнице. Почему-то до сих пор «успешные» бесполые и гермафродитированные виды так и не смогли вытеснить тех, кто, казалось бы, обречен эволюцией на вымирание. Если среди червей и моллюсков бесполость и гермафродитизм распространен просто в ужасающих масштабах, то среди рыб их уже меньшинство, среди пресмыкающихся – пара-тройка видов, а у птиц и млекопитающих это явление вообще считается патологией и встречается крайне редко. Например, случаев истинного гермафродитизма у людей, официально подтвержденных медиками и описанных в соответствующей литературе, известно всего около полутора сотен. Почему же позвоночным животным и, главным образом, человеку, ни один из продвинутых способов размножения так и не подошел?
Почему не почкование?
Если бы мы размножались почкованием, как гидры, или делением, как амебы, это дало бы нам ряд преимуществ, таких как скорость размножения и количество произведенных на свет потомков. Но! При таком методе воспроизводства мы получали бы всего лишь копии самих себя и не более того. Из поколения в поколение от матери к дочери, от дочери к внучке передавались бы одни и те же черты характера, да и представители одной семьи выглядели бы, как близнецы, только в разном возрасте.
Но не это было бы самым неприятным. Из поколения в поколение мы передавали бы своим потомкам одни и те же наследственные дефекты, ведь гены несут не только положительную, но и отрицательную информацию. Допустим, в каком-то поколении из-за отрицательного влияния окружающей среды появились люди с одной рукой. Если бы они размножались почкованием, то все их потомки тоже были бы однорукими, что существенно сказалось бы на качестве всего человечества.
Точно так же любое из теоретически возможных и практически воплощенных уродств процветало бы пышным цветом, и не было бы никакой возможности избавиться от него. Ведь почковаться не запретишь. Мало того: если бы вдруг у некоей особи А возникла бы какая-то полезная мутация, и у особи Б тоже возникла бы полезная мутация, то у двух положительно прекрасных человеческих экземпляров не было бы никакой возможности объединить эти полезные изменения, даже находись они территориально в шаге друг от друга. Таким образом, эволюция пошла бы хаотично и низкоэффективно. Естественный отбор прекратил бы свое существование, а все изменения происходили бы за счет случайных мутаций, которые бывают не настолько часто, чтобы сыграть хоть какую-то значимую роль.
Разделение на два пола понадобилось для улучшения видов. Ведь природе от биологического вида нужно не только размножение, но еще и совершенствование, стабильное улучшение поголовья и приспособление к постоянно изменяющимся условиям обитания.
Наглядно это можно проследить на примере разведения домашних животных. Иногда селекция в какой-нибудь линии породы, скажем собак, заходит в тупик, потому что все возможности скрещивания имеющихся в распоряжении специалистов пар исчерпаны, они все перероднились.
Инцест – близкородственное скрещивание – довольно успешно применяется в животноводстве и при грамотном подходе дает очень хорошие результаты. Чередуя родственных особей в определенном порядке и с определенной частотой, можно добиться резкого улучшения качества породы. Но когда количество родственников в одной линии становится слишком велико и соблюдать обоснованную безопасную очередность их использования уже невозможно, происходит обратный эффект. При хаотичном инцесте селекционеры получат усиление не столько положительных качеств особей, сколько отрицательных, и дождутся-таки увеличения числа «выродков» и откровенно нежизнеспособных животных.
На Псковщине есть небольшое озеро, представляющее из себя замкнутую экологическую систему. На протяжении столетий караси, живущие в этом озере, уже настолько перероднились между собой, что даже начали мутировать: новые рыбы в карасиных семьях рождаются безглазыми. И это еще самое малое, что ждет любителей близкородственного скрещивания.
Чтобы снизить риск возникновения подобных явлений, животноводы используют метод свежей крови, то есть периодически используют производителей с совершенно чужеродными для данной породы генами. Применительно ко псковским карасям – если не забросить в озеро десант из нормальных карасей, не имеющих общих генов с местными, то этот дефект так и закрепится в местной популяции навсегда. Вот чем опасно варение в собственном соку.
Почему не партеногенез?
Партеногенез имеет много общего с почкованием: воспроизводство происходит с участием только одной особи. Однако это не просто производство себе подобных организмов путем «ксерокопирования». Способность клеток размножаться без вливания дополнительной генетической информации, носителем которой является сперматозоид, открывает перед генетиками и биологами очень широкие возможности.
Например, можно научиться выращивать запасные органы для человека на случай травмы или тяжелого заболевания. С учетом развития современной генной инженерии эта идея не выглядит такой уж сказкой. Думается, что многие не отказались бы иметь банк запасных органов. С точки зрения размножения, девственный метод очень экономичен и максимально производителен. Еще бы: потомство может давать каждая особь, а не только те или только эти. Однако не все так просто.
Если бы мы размножались партеногенезом или почкованием, то были бы просто клонами друг друга
Несколько лет назад американские ученые провели интересный эксперимент. Они создали виртуальную популяцию животных количеством в тысячу голов. При этом 980 самок приносили потомство обычным классическим способом с участием виртуальных самцов, а 20 самок получили возможность размножаться партеногенезом. Поначалу потомство партеногенетических самок очень быстро увеличивалось и через малое время стало преобладать над потомством обычных самок. Через 30 поколений количество бессамцовых особей достигло 95 %! Сомнений не оставалось – еще немного, и популяция была бы представлена исключительно партеногенетическими самками, их конкурентки попросту вымерли бы, будучи не в состоянии соревноваться с ними в скорости размножения и количестве приносимых потомков. И на этом эксперимент можно было бы заканчивать, если бы не два обстоятельства.
Чтобы максимально приблизить эксперимент к жизни, его авторы ввели в программу два фактора: они населили свой виртуальный мир возбудителями различных болезней и дали возможность животным мутировать, причем не только в положительную, но и, как это бывает в реальности, в отрицательную сторону.
Дойдя до определенной критической точки, когда количество самок «нетрадиционной ориентации» достигло своего, судя по всему, максимума, их прогрессивное развитие остановилось, и начался бурный регресс. На сцену выступили болезни и мутации. Многочисленное партено-генетическое потомство начало стремительно уменьшаться – виртуальных животных косила виртуальная эпидемия. Те самые вирусы, которые были внесены в программу популяции, погубили почти всех партеногенетических животных. Почему они оказались настолько неустойчивы к заболеваниям?
Вся информация о том, как будет выглядеть живая особь, ее привычки, склонность к болезням и особенность поведения зашифрованы в ДНК. Пресловутая ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков, которая выглядит как двойная спираль из нуклеотидов. Ширина спирали составляет 2,2–2,4 нм.
Повышенный уровень радиации, оксиданты, вирусы, химические вещества могут привести к повреждению ДНК: молекула может терять целые участки хромосом и, соответственно, будет передавать потомкам искаженную, нарушенную информацию. Чтобы последующее поколение могло избавиться от мутаций, необходима здоровая молекула извне, чтобы залатать ею генные прорехи.
В эксперименте вся популяция доминирующих самок была представлена потомками всего лишь 20 прародительниц. Из поколения в поколение от матери к дочери внутри популяции развивалось всего 20 линий вида, причем у каждой из этих линий имелся только один ДНК-код, полученный ею от основательницы. Этот код сохранялся из поколения в поколение и передавался потомкам без каких-либо изменений, ведь новым животным неоткуда было получить свежий генетический материал, они появлялись на свет только от одного родителя, точнее, родительницы. Картина складывалась такая же, какую мы наблюдаем при почковании. Если заболевание настигало какую-нибудь из самок, то оно поражало всех последующих представительниц ее линии. Говоря языком компьютерщиков, вирус, взломав код одной особи, уже безо всякого труда внедряется в организмы остальных с таким же кодом: пароль у него уже есть. Таким образом, заболеванию понадобилось взломать всего лишь 20 кодов, чтобы погубить почти всю популяцию, а исправить повреждения в ДНК несчастным самочкам было нечем.
Вирусам понадобится совсем немного времени, чтобы взломать ДНК-коды партеногенетических животных
А вот представителям популяции, полученной путем классического способа размножения с участием самцов, противостоять вирусу было намного проще – спонтанное соединение генов дало большое разнообразие генетических комбинаций. Вирусу понадобилось куда больше времени на то, чтобы вывести их из строя, к тому же некоторые коды оказались ему и вовсе не по зубам. Но что произошло дальше?
Чем больше генетических комбинаций в потомстве, тем выше шансы на выживаемость