Дмитрий Шабанов: Почему есть мужчины и женщины?

Автор: Дмитрий Шабанов

Опубликовано 21 апреля 2011 года

Я пообещал обсуждать биологические корни нашего поведения, а потом стал писать о другом - об учебниках, о "зелёных"... Исправляюсь.

Мы так привыкли, что среди людей есть мужчины и женщины, что сама постановка вопроса о причинах этого феномена вызывает удивление. Часто на него дают ответ, который касается не причин раздельнополости, а просто механизма определения пола.

"Люди относятся к разным полам, потому что у них встречаются два типа половых хромосом. Половина сперматозоидов несет Y-хромосому, а половина - X-хромосому. Эти сперматозоиды сливаются с яйцеклетками, несущими X-хромосому; те организмы, которые получат набор XX, разовьются в девочек и женщин, а те, кому достанется набор XY, - в мальчиков и мужчин".

Всё это правильно, но это - ответ на ближнее "почему", а не на дальнее. Дальнее "почему" касается самого феномена раздельнополости.

Разные организмы демонстрируют различные механизмы определения пола. У человека, дрозофил и щавеля различающиеся половые хромосомы имеют представители мужского пола, а у курицы, жаб и земляники - женского. И это ещё не всё. Половое размножение свойственно и гермафродитам!

Давайте выделим три самых простых типа размножения (не затрагивая ни случаев чередования поколений с разными способами размножения, ни менее обычных вариантов наподобие гермафродитизма с самооплодотворением у ленточных червей или полуклонального наследования у гибридных зелёных лягушек). Три самых простых варианта.

Тип I (случай амёбы протея). Клональность. Каждая особь размножается, производя генетически идентичных ей самой потомков.

Тип II (случай виноградной улитки). Гермафродитизм. Две особи, каждая из которых имеет и женские, и мужские половые органы, оплодотворяют друг друга.

Тип III (случай человека). Раздельнополость. Часть особей имеет мужские половые органы, часть - женские. Самцы оплодотворяют самок, после чего самки производят потомство.

С вашего разрешения, для сравнения этих типов размножения я воспользуюсь историей о Робинзоне Крузо. На протяжении всей истории и человечества, и его предков случалось так, что некий индивид, как Александр Селкирк, оказывался в новом местообитании в одиночестве. Что его ожидало?

Предположим, люди размножались бы клонально, по типу I. Со временем Робинзон бы наплодил изрядное количество своих генетических копий, и они вместе начали бы строить счастливую жизнь на своём острове.

Будь человеку свойственен I тип размножения, Робинзон заселил бы остров своими идентичными потомками

Если бы человек был перекрёстнооплодотворяющимся гермафродитом (имел бы II тип размножения), Робинзону понадобился бы партнёр. Поскольку любые два половозрелых гермафродита могут оплодотворить друг друга, встречи с Пятницей было бы достаточно. Эти двое заполнили бы остров своими потомками, которые отличались бы друг от друга в результате рекомбинации (образования новых сочетаний генов).

Со II типом размножения Робинзон и Пятница заселили бы остров своими рекомбинантными потомками

Два случайно выбранных раздельнополых организма с вероятностью 1/2 относятся к одному полу и не могут оставить потомков (примем для простоты предположение о равной численности полов). Более того, если бы Робинзону повезло, и на остров прибыла бы, положим, туземка Суббота, они вместе с Робинзоном смогли бы произвести лишь вдвое меньшее количество потомков, чем пара гермафродитов!

С III типом размножения Робинзон остался без потомков

Итак, при поверхностном сравнении тип размножения, присущий человеку, оказался наименее выгодным. Почему же в ходе эволюции преимущество получили организмы с половым размножением, причём именно раздельнополые? Множество из их потомков теряло пол, но всё равно раздельнополость осталась самым распространённым вариантом.

Эта проблема может быть разбита на две части: почему половое размножение эффективнее бесполого и почему раздельнополость эффективнее гермафродитизма. Пути решения первой проблемы я кратко опишу здесь, а свой вариант объяснения причин раздельнополости - когда-нибудь позже.

Первой проблеме посвящено много работ - как, например, статья К. Ю. Попадьина. Её автор подчёркивает, что происхождение полового размножения - это "королева эволюционных проблем" и "самая большая загадка эволюционной биологии". Особенно тяжело смириться с ней тем, кто, как большинство сторонников социобиологии, верит, что биологическая эволюция - это просто следствие отбора генов.

Английский биолог Джон Холдейн выразил суть этого подхода так: "Я готов пожертвовать собой ради двух братьев или восьми кузенов". Дело в том, что родство братьев - 1/2, а кузенов - 1/8; в двух братьях, как и в восьми кузенах, содержится столько же генов Джона Холдейна, сколько в самом Джоне Холдейне. Конечно, если он хочет добиться распространения своих генов, лучше отдавать себя только за трёх братьев или девятерых кузенов - тогда гены получат свой "навар".

Почему самка может пожертвовать собой ради своих потомков? Представим себе, что такое поведение определяется неким геном. Копии этого гена есть у половины её потомков. Если такая самка пожертвует собой ради четырёх своих детёнышей, в следующем поколении количество копий этих генов удвоится. Обусловленное ими поведение станет более распространённым. Эта концепция называется родственным отбором (kin selection).

Логично? Вполне. А теперь подумайте. При половом размножении самка, производя яйцеклетку, сокращает набор своих генов вдвое. Вторую половину комплекта доставит сперматозоид. При бесполом - все её потомки несут полный комплект её генов! С точки зрения отбора генов половое размножение было бы почти невероятным. Но оно встречается сплошь и рядом! С моей точки зрения, одного этого обстоятельства достаточно, чтобы доказать ограниченность (именно ограниченность, а не ложность) концепции отбора генов...

С позиций группового отбора объяснить половое размножение несравнимо проще. Рассмотрим простой сценарий. Паразиты совершенствуют механизмы своей передачи от одного хозяина к другому. Например, как паразита кишечной палочки можно рассматривать F-фактор, короткий фрагмент ДНК, находящийся в цитоплазме бактерии. F-фактор обеспечивает передачу себя (вместе с куском наследственной информации самой бактерии) через специальный вырост - пиль. Это ещё не размножение, а просто рекомбинация - "перетасовывание" генетической информации. Паразит (вполне в соответствии с концепцией "эгоистичного гена") распространяет себя в популяции, а хозяева становятся генетически разнообразнее.

Вот она, электронная микрофотография полового процесса у кишечной палочки (Фото flickr.com/ajc1/)

Вообще, генетическая изменчивость имеет два источника: мутации (внесение изменений в генетический текст) и рекомбинации (появление новых сочетаний отдельных фрагментов). Мутации - по преимуществу ненаправленный "шум" (по крайней мере, в первом приближении), они чаще разрушают, чем создают. А при рекомбинации организм получает генетические тексты, уже прошедшие отбор, то есть со значительно большей вероятностью полезные.

При необходимости выработки новых приспособлений те линии организмов, которые обладают механизмом рекомбинации, будут опережать клональные. Это показано и в теории, и на моделях, и в экспериментах. Совершенствование паразитов приводит к совершенствованию половой рекомбинации (подробнее - в цитированной выше статье Попадьина).

Интереснее другое. Почему мы раздельнополы? Этому феномену вы найдёте намного меньше объяснений. Хотя об этом - в другой раз.