История жизни

<- Глава 9 Глава 11 ->

Часть 3. Криптозой

 

    Глава 10. Половое размножение 

Изменчивость живых организмов, относящихся к одному и тому же виду, связана с тем, что многие гены в популяции существуют в виде нескольких вариантов (их называют аллельными вариантами, или аллелями). Набор генов у каждого представителя данного вида один и тот же, а вот комбинации аллелей у всех разные, и поэтому каждый организм уникален.

Половое размножение есть способ внутривидового генетического обмена. Внутривидовой генетический обмен имеет две важнейших функции. Первая – обеспечить пластичность, изменяемость генома, необходимую для приспособления к изменчивой окружающей среде. Зародыш получает один экземпляр генома от матери, а второй от отца, в результате возникает новый, ранее не существующий набор аллелей. Вторая функция – наоборот, ограничить изменяемость генома для сохранения единства вида. Если в результате крупной мутации появится особь, сильно отличающаяся от остальных, то она просто не найдет себе партнера для размножения. Небольшие же изменения генома постепенно распространяются на всю популяцию. Если бы внутри вида не происходил обмен генами, то и самого вида не существовало бы, а мы имели бы дело с бесконечным разнообразием организмов. Эволюция в таких условиях скорее всего была бы невозможна. Механизмы эволюции неясны, но представляется, что вид и популяция являются ее важнейшими структурными единицами. Естественный отбор действует статистически, на уровне популяции.

Поэтому естественно предположить, что внутривидовой генетический обмен возник на самых ранних стадиях биогенеза. И действительно, исследования РНК-мира показали, что для того чтобы в сообществе размножающихся молекул РНК зародилось что-то новое и полезное, совершенно необходимо, чтобы отдельные короткие молекулы, соединяясь в более длинные, могли обмениваться друг с другом своими участками (обмен участками между разными молекулами ДНК или РНК называется рекомбинацией). Рекомбинация — важнейший источник наследственной изменчивости. В опытах с колониями РНК рекомбинация происходит сама собой, бесконтрольно, но в живой клетке она находится под контролем разнообразных и сложных регуляторных систем. Бактерии уже обмениваются генами. У одноклеточных обмен происходит довольно редко и еще без половых различий, но уже у первых многоклеточных появляется более прогрессивный метод — половая дифференциация. Хотя они еще долго сохраняют возможность размножаться неполовым путем, и чередуют в своей жизни или в жизни поколений половое и неполовое размножение. Но чем выше по эволюционной лестнице, тем все реже встречается бесполое размножение, и все больше возрастает роль полового размножения.

У многих водорослей, у всех высших растений, у части простейших и кишечнополостных в жизненном цикле происходит чередование поколений, размножающихся соответственно половым и бесполым путём. У некоторых червей и насекомых наблюдается чередование раздельнополых поколений с гермафродитными, или с размножающимися партеногенетически (развитие из неоплодотворенных яиц). Лишь у одних млекопитающих переход к партеногенезу (однополому размножению) принципиально невозможен.

Бактерии обычно размножаются бесполым путем — деление материнской клетки на две дочерние. В этом случае геном может меняться только в результате мутации. Однако довольно развит у микробов и горизонтальный обмен генами. Термин «горизонтальный» означает, что новые гены получены не от родителей. Фрагменты чужой ДНК могут быть занесены вирусом, или просто поглощены из окружающей среды. Благодаря горизонтальному обмену генами  все прокариоты в каком-то смысле могут рассматриваться как единый, огромный и невероятно полиморфный вид.

Но есть у прокариотов и процесс, напоминающий половой, и именуемый конъюгацией Две клетки сближаются друг с другом, и между ними образуется цитоплазматический мостик. После чего бактерия-донор передает бактерии реципиенту часть своего генома. Образуются рекомбинантная ДНК, которые содержит гены обеих родительских клеток.

Эукариотическая клетка является значительно более сложным организмом, и любое изменение с большей вероятностью может оказаться губительным. Поэтому эукариоты приняли меры по контролю над своей изменчивостью: в каждой клетке у них уже два экземпляра генома (такие клетки называются диплоидными в отличие от гаплоидных прокариот). У многоклеточных организмов горизонтальный перенос генов очень затруднен, и основным способом обеспечить изменчивость генома становиться половое размножение.

У инфузорий конъюгация встречается уже значительно чаще, чем у бактерий, и происходит совсем по-другому. Суть этого сложного процесса в том, что в каждой инфузории образуется по два гаплоидных нуклеуса, один из которых женский (стационарный), а другой — мужской (мигрирующий). По цитоплазматическому мостику инфузории обмениваются мужскими нуклеусами, а женские остаются в своей клетке. Затем в каждой инфузории «свой» женский и «чужой» мужской нуклеусы сливаются, образуя диплоидное ядро. Слияние двух клеток означает настоящий половой процесс, но пока еще без половых различий участвующих в нем особей.

Вообще в основе полового процесса лежит способность эукариотических клеток к слиянию. Делиться диплоидная клетка может двумя способами. При митозе из нее получаются две опять же диплоидных клетки, а при мейозе – четыре гаплоидных, именуемых гаметами. При слиянии гамет образуется диплоидная зигота.

Эволюцию полового размножения вкратце можно описать следующим образом. В колониях клеток начинают образовываться гаметы разного типа. Одни большие с запасом питательных веществ, другие мелкие, подвижные и многочисленные.  Это дает явные преимущества: многочисленность и подвижность сперматозоидов обеспечивают их встречу с яйцеклеткой, а запасы питательных веществ яйцеклетки обеспечивают развитие зиготы. Изначально любая клетка колонии способна делиться мейозом. Но у высокоразвитых колоний и многоклеточных организмов появляется специализация, и одни клетки начинают выполнять только вегетативные функции, а другие – только репродуктивные. И, наконец, возникает половая дифференциация, когда одни организмы вырабатывают только яйцеклетки, а другие – сперматозоиды.

Процесс выбора брачного партнера регулируется множеством разнообразных механизмов, поражающих своей сложностью и эффективностью. Даже  у бактерий есть целый ряд способов отличить «своих» от «чужих» и выбрать из множества потенциальных партнеров оптимального. У эукариот способы и алгоритмы выбора необычайно развились и усложнились.. Как показали исследования последних лет, механизмы различения своих и чужих на уровне многоклеточных организмов удивительным образом связаны и переплетены с аналогичными механизмами на уровне отдельных клеток и молекул. Иммунная система, задача которой — отличать свое от чужого на молекулярном уровне, может участвовать и в оценке степени родства потенциального партнера. Специальные эксперименты показали, что даже люди в состоянии извлечь ключевую информацию о генотипе другого человека по запаху его одежды. Например, женщине больше всего нравится запах тела тех мужчин, чей генотип по определенным параметрам наиболее сильно отличается от ее собственного. Рыбка колюшка в аналогичной ситуации предпочитает промежуточный вариант: не слишком генетически близкого, но и не слишком неродственного самца. А есть и такие случаи, правда, редкие, когда животные вполне целенаправленно стремятся к инбридингу — скрещиванию с ближайшими родственниками. Совершенно очевидно, что смещение брачных предпочтений в ту или иную сторону может влиять на эволюцию. Например, предпочтение «максимально неродственных» может привести к межвидовой гибридизации. Вопреки расхожему мнению, межвидовые гибриды часто оказываются вполне жизнеспособными и плодовитыми. Напротив, предпочтение «максимально родственных» может привести к тому, что компактная группа особей, желающих скрещиваться только друг с другом, самоизолируется от остальных представителей своего вида. В результате исходный вид разделится на два, и произойдет акт видообразования

Все виды (или небольшие группы видов) животных, лишенных полового размножения, являются молодыми, они лишь недавно произошли от «нормальных» двуполых предков. Это значит, что виды, отказавшиеся от полового размножения, имеют тенденцию очень быстро вымирать. Так что они даже не успевают дать начало целому бесполому семейству или отряду.

Для растений отказ от нормального полового размножения – это тоже своего рода эволюционный тупик, и растения, пошедшие по этому пути, либо довольно быстро вымирают, либо возвращаются к перекрестному опылению.

<- Глава 9 Глава 11 ->

 

Понравилась статья? Поделись с друзьями.

Оставить комментарий

86 − 79 =