Тем не менее, многие живые организмы вообще не размножаются половым путем, или делают это только в одних поколениях, а в других нет. Девственная пра-правнучка тли в конце лета будет будет размножаться половым способом. Она спарится с самцом тли и заведет потомство, которое будет комбинацией родителей.
Зачем ей утруждать себя? Половое размножение удивительно упорствует для случайности. Дебаты не утихают.
Каждый год приносит множество новых объяснений, ряд новых исследований, экспериментов и моделирований.
Опросите ученых, занятых этим теперь, и практически все они сойдутся во мнении, что проблема была решена; но никто не сойдется в решении. Один настаивает на гипотезе A, другой на гипотезе B, третий на C, четвертый на всех вышеупомянутых.
Может ли быть иное объяснение? Я спросил Джона Мейнарда Смита, одного из первых, задавших вопрос "Зачем нужно половое размножение?," думает ли он все еще, что необходимо какое-то новое объяснение.
Нет
У нас есть ответы.
Мы не можем прийти по ним к согласию, вот в чем дело.
О ПОЛОВОМ РАЗМНОЖЕНИИ И СВОБОДНОЙ ТОРГОВЛЕ
Прежде чем продолжить, необходим краткий словарик генетических терминов.
Гены -- это биохимические рецепты, написанные четырехбуквенным алфавитом, называемым ДНК, рецепты, как создать тело и как им управлять.
У здорового человека есть две копии каждого из 30 000 генов в каждой клетке его тела.
Полный комплект из 60 000 человеческих генов называют "геномом", и гены пребывают на двадцати трех парах лентоподобных объектов, названных "хромосомами". Когда мужчина оплодотворяет женщину, каждый из его сперматозоидов содержит одну копию каждого гена, всего 30 000, на двадцати трех хромосомах.
Они добавляются к 30 000 непарным генам на двадцати трех хромосомах в яйцеклетке женщины, чтобы создать полный человеческий эмбрион с 30 000 парами генов и двадцатью тремя парами хромосом.
Необходимы еще несколько технических терминов, а затем мы сможем отказаться от всего словаря профессиональной генетической лексики.
Первое слово -- "мейоз", который представляет собой просто процесс, с помощью которого самец выбирает гены, которые войдут в сперматозоид, или самка выбирает гены, которые войдут в яйцеклетку.
Мужчина может выбрать или 30 000 генов, которые он унаследовал от своего отца, или семидесят пять тысяч, которые он унаследовал от своей матери, или, более вероятно, их комбинацию.
Во время мейоза происходит нечто особое.
Каждая из 23 пар хромосом располагается рядом со своей парой.
Куски одного набора обмениваются с кусками другого в процедуре, названной "рекомбинацией".
Один полный набор, который будет сочетаться с набором от другого родителя, затем передается потомству - процедура, называемая "ауткроссинг".
Половой процесс -- это рекомбинация плюс ауткроссинг; такое смешивание генов -- принципиальная особенность.
В результате ребенок получает полную комбинацию генов от своих четырех бабушек и дедушек (благодаря рекомбинации) и генов своих двух родителей (благодаря ауткроссингу).
Рекомбинация и ауткроссинг являются основными процессами полового размножения.
Все остальное, что с этим связано -- половые различия, выбор партнера, предотвращение кровосмешения, многобрачие, любовь, ревность -- это способы более тщательно и эффективно выполнять рекомбинацию.
Встав на этот путь, половой процесс немедленно отделяется от размножения.
Всякий организм мог бы позаимствовать гены другого на любой стадии своей жизни.
Действительно, именно это бактерии и делают.
Они просто соединяются друг с другом как заправляющиеся горючим бомбардировщики, пропускают несколько генов через трубку и расходятся.
Размножением они занимаются позже, разделяясь пополам.
Таким образом, половой процесс приравнивается к генетическому смешиванию.
Противоречие возникает при попытках понять, чем хорошо генетическое смешивание.
Примерно в течение прошлого столетия традиционное мнение гласило, что генетическое смешивание хорошо для эволюции, потому что оно помогает создать разнообразие, из которого может выбирать естественный отбор.
Оно не изменяет гены -- даже Вестман, ничего не знавший о генах и неопределенно ссылавшийся на "иды", понял это -- но оно собирает вместе новые комбинации генов.
Половой процесс -- своего рода свободная торговля хорошими генетическими изобретениями, и поэтому он очень увеличивает возможность, что они распространятся на весь вид, и вид будет эволюционировать.
Вейсман назвал половое размножение "источником индивидуальной изменчивости, поставляющей материал для процесса естественного отбора".
Оно ускоряет эволюцию.
Грэм Белл, английский биолог, работающий в Монреале, назвал эту традиционную теорию гипотезой "Викарий из Брэя" в честь вымышленного церковника шестнадцатого столетия, быстро приспосабливающегося к преобладающим религиозным ветрам, переходя от протестантов к католикам при смене монарха.
Считается, что, подобно легко приспосабливающемуся священнику, животные, размножающиеся половым путем, быстро адаптируются к изменениям.
Теория "викария из Брэя" оставалась общепринятой в течение почти столетия; и она все еще сохраняется в учебниках биологии.
Точный момент, когда она была впервые подвергнута сомнению, трудно установить наверняка.
Сомнения существовали еще в 1920-х годах.
Лишь постепенно до сознания современных биологов дошло, что логика Вейсмана была в корне ущербна.
Она рассматривала эволюцию как некоторую обязанность, как будто виды существуют, чтобы эволюционировать -- словно эволюция была целью всего сущего.
Это, конечно, вздор.
Эволюция -- это то, что случается с организмами.
Это процесс, не имеющий направления, который иногда делает потомков животных более сложными, иногда более простыми, а иногда не изменяет их вовсе. Мы столь увязли в понятиях прогресса и самоусовершенствования, что признать это для нас необычайно трудно.
Но никто не сказал целаканту, рыбе, которая живет за Мадагаскаром и в точности похожа на своих предков 300 миллионов лет назад, что он, "не эволюционируя", нарушил какой-то закон.
Понятие, что эволюция просто не может происходить достаточно быстро, и его заключение, что целакант -- исключение, потому что он не стал человеком, легко опровергнуто.
Как отметил Дарвин, вмешательство человечества существенно ускорило эволюцию, выведя сотни пород собак от чихуахуа до сенбернаров, за эволюционно очень короткий период.
Один только данный факт свидетельствует, то эволюция происходила не настолько быстро, насколько это возможно.
Действительно, целакант -- вовсе не неудача, скорее он является успехом. Он остался таким как был -- проект, который сохраняется без нововведений, как фольксваген жук.
Эволюция не цель, а средство для решения проблемы.
Тем не менее, последователи Вейсмана, и особенно сэры Рональд Фишер и Герман Мёллер, смогли избежать теологической ловушки, утверждая, что эволюция была если не предопределена, то по крайней мере жизненно необходима.
Бесполые виды были в невыгодном положении и потерпели неудачу в конкуренции с видами, размножающимися половым способом.
Включая понятие гена в доказательство Вайсмана, книги Фишера в 1930 и Меллера в 1932 привели, по-видимому, неопровержимый довод в пользу преимущества полового размножения, и Меллер даже зашел так далеко, что объявил проблему несомненно решенной новой наукой генетикой.
У видов, размножающихся половым способом, все особи разделяли их недавно открытые гены; в бесополых -- нет.
Таким образом, виды, размножающиеся половым способом, были похожи на группы изобретателей, объединяющих свои возможности.
Если один человек изобрел паровой двигатель, а другой железную дорогу, то эти двое могли объединиться.
Бесполые вели себя как группы ревностных изобретателей, которые никогда не делились своими знаниями, поэтому паровые локомотивы использовались на шоссе, а лошади тянули телеги по железным дорогам.
В 1965 году Джеймс Кроу и Мотоо Кимура развили логику Фишера-Меллера, демонстрируя на математических моделях, как редкие мутации могли объединиться у видов, размножающихся половым способом, но не у бесполых.
Виду с половым способом размножения не нужно ждать двух редких явлений в одной и той же особи, он может объединить их от различных особей. Они сказали, что это дает этим видам преимущество перед бесполыми, пока они состоят хотя бы из тысячи особей.
Все было здорово.
Половое размножение объяснялось как поддержка эволюции, и современная математика добавляла новую точность.
Дело можно было считать закрытым.
ВЕЛИЧАЙШИЙ ПРОТИВНИК ЧЕЛОВЕЧЕСТВА -- ЭТО ЧЕЛОВЕЧЕСТВО
Так могло и оставаться, если бы не объемная и влиятельная публикация шотландского биолога
В. C. Винн-Эдвардса,
которая появилась за несколько лет до этого, в 1962.
Винн-Эдвардс оказал билологии огромную услугу, раскрыв гигантское заблуждение, систематически заражавшее самое сердце эволюционной теории со времен Дарвина.
Он раскрыл ложность заключения не для того, чтобы его уничтожить, а потому что полагал, что оно было верным и важным.
Но сделав это, он впервые выразил его совершенно ясно.
Заблуждение сохраняется в разговорах непрофессионалов об эволюции.
Мы беспечно говорим друг другу об эволюции как о вопросе "выживания видов".
Мы имеем в виду, что виды
конкурируют друг с другом, что дарвиновская "борьба за существование" разворачивается между динозаврами и млекопитающими, или между кроликами и лисами, или между людьми и неандертальцами.
Мы заимствуем образы государств и футбольных команд. Германия против Франции, хозяева поля против своих соперников.
У Чарльза Дарвина также иногда проскальзывала такая точка зрения. Даже подзаголовок "Происхождения видов" ссылается на "сохранение благоприятствуемых пород".
Он, главным образом, сосредоточивался на особи, а не на видах.
Любое существо отличается от любого другого; некоторым легче выживать и процветать, чем другим, они оставляют больше потомков; если эти особенности наследственны, постепенное изменение неизбежно.
Идеи Дарвина позже были объединены с открытиями Грегора Менделя, который доказал, что наследственные черты передаются как отдельные наборы, которые впоследствии назвали генами, формируя теорию, способную объяснить, как новые мутации в генах распространялись на весь вид.
Но под этой теорией было похоронено неисследованное разделение понятий.
Когда наиболее приспособленные изо всех сил пытаются выжить, с кем они конкурируют? С другими представителями своего вида или с представителями других видов?
Газель в африканской саванне пытается не быть съеденной гепардами, но она также пытается опередить других газелей, когда нападает гепард.
Для газели, которая быстрее, чем другие газели, не имеет значения, быстрее ли она гепарда.
(Есть старая история о философе, который бежит, когда на него с его другом нападает медведь. "Это бесполезно, тебе ни за что не опередить медведя,"-- говорит логичный друг. "А я и не должен,"-- отвечает философ. "Я только должен опередить тебя.")
Подобным же образом психологи иногда задаются вопросом, почему люди обладают способностью выучить партию Гамлета или понять математический анализ, когда ни один из этих навыков не находил большого применения для человечества в первобытных условиях, где был сформирован его интеллект.
Эйнштейн, вероятно, был бы столь же беспомощен, как любой другой, в решении, как поймать шерстистого носорога. Николас Хамфри, Кембриджский психолог, был первым, кто ясно увидел решение этой загадки. Мы используем свои интеллекты, не чтобы решать практические проблемы, а чтобы обманывать друг друга. Обман людей, обнаружение обмана, понимание человеческих мотивов, управление людьми -- вот то, для чего используется интеллект.
Поэтому имеет значение не насколько Вы умны и хитры, а насколько Вы умнее и хитрее, чем другие люди.
Значение интеллекта безгранично.
Отбор в пределах вида всегда признается более важным, чем отбор между видами.
Сейчас это может казаться ложным разделением понятия.
В конце концов, лучшее, что может сделать отдельное животное для своего вида, это выжить и расплодиться.
Однако зачастую эти два императива будут входить в противоречие.
Представьте, что особь -- тигрица, на территорию которой недавно вторглась другая тигрица.
Приветствует ли она вторженку и обсуждает ли, как лучше всего они могут уживаться на территории, разделяя добычу? Нет, она борется с нею до смерти, которая с точки зрения вида бесполезна.
Или представьте, что особь -- орленок редкого вида, с беспокойством наблюдаемый защитниками природы в своем гнезде.
Орлята в гнезде часто убивают своих младших братьев и сестер.
Хорошо для особи, плохо для вида.
Во всем животном мире особи борются с особями, то ли тех же видов, то ли других.
И действительно, самый близкий конкурент, которого вероятнее всего встречает существо, является представителем его собственного вида.
Естественный отбор не прибегает к отбору генов, помогающих газелям выжить как виду, а затрагивает возможности особей -- поскольку такие гены будут уничтожены задолго до того, как они смогут показать свои преимущества.
Виды не борются с видами, как нации борются против других наций.
Винн-Эдвардс горячо полагал, что животные часто поступали в соответствии с интересами вида или, по крайней мере, группы, в которой они жили.
Например, он думал, что морские птицы предпочитали не размножаться, когда их количество было высоко, чтобы предотвратить слишком сильное давление на кормовую базу.
Результат книги Винн-Эдвардса состоял в том, что образовались две фракции: групповых селекционистов, утверждавших, что многое в поведении животных объяснялось интересами группы, а не особи, и индивидуальных селекционистов, утверждавших, что индивидуальные интересы всегда одерживали победу.
Доводы групповых селекционистов в сущности трогательны -- мы погружаемся в этику духа товарищества и милосердия.
Это также, казалось, объяснило альтруизм животных.
Пчелы умирают, когда жалят, пытаясь спасти улей; птицы предупреждают друг друга о хищниках или помогают накормить своих молодых родных братьев; даже люди готовы умерать в актах самоотверженного героизма, чтобы спасти жизни других.
Но, как мы увидим, внешность обманчива.
Альтруизм животных - миф.
Даже в самых захватывающих примерах самоотверженности оказывается, что животные служат эгоистичным интересам своих собственных генов -- иногда пренебрегая своими телами.
ПЕРЕОТКРЫТИЕ ОСОБИ
Если бы Вы посетили съезд эволюционных биологов где-нибудь в Америке, Вам могло бы посчастливиться заметить высокого, седобородого, улыбающиегося человека, имеющего поразительное сходство с Авраамом Линкольном, стоящего довольно скромно позади толпы.
Он, вероятно, будет окружен группой поклонников, ловящих каждое его слово, поскольку он -- человек немногословный.
По комнате пройдет шепот: "Джордж здесь."
Вы ощутите по реакции людей присутствие величия.
Человек, о котором идет речь -- Джордж Вильямс, бывший тихим, книжным профессором биологии в государственном университете Нью-Йорка в Стони-Бруке на Лонг-Айленде в течение большей части своей карьеры.
Он не провел никаких незабываемых экспериментов и не сделал потрясающего открытия.
Все же он -- основоположник переворота в эволюционной биологии, почти столь же коренного, как дарвиновский.
В 1966 году, раздраженный Винн-Эдвардсом и другими представителями группового отбора, он провел летний отпуск, сочиняя книгу о том, как, на его взгляд, работала эволюция.
Названная "Адаптация и естественный отбор", эта книга все еще возвышается над биологией как гималайский пик.
Она сделала для биологии столько, сколько Адам Смит сделал для экономики. Она объяснила, как коллективные действия могли проистекать из действий эгоистичных особей.
В книге Вильямс раскрыл логические недостатки группового отбора с неоспоримой простотой.
Некоторые эволюционисты, которые все время придерживались индивидуального отбора, такие как Рональд Фишер,
Дж. Б. С. Холдейн
и Сьюэл Райт получили поддержку.
Те, кто спутал вид и индивида, такие как Джулиан Хаксли, были заткнуты за пояс.
В течение нескольких лет после книги Вильямса Винн-Эдвардс был по сути опровергнут, и почти все биологи согласились, что ни у одного существа никогда не могла эволюционировать способность помогать своему виду за счет себя.
Только когда эти два интереса совпадают, оно будет действовать самоотверженно.
Это взбудоражило.
Сначала казалось, было очень жестоко и бессердечно прийти к такому заключению, особенно в десятилетие, когда экономисты условно праздновали открытие, что идеал помощи обществу мог убедить людей заплатить высокие налоги, чтобы поддержать государственные пособия.
Общество, сказали они, должно быть основано не на сдерживании жадности индивидов, а на обращении к их лучшим сторонам.
И здесь биологи пришли к совершенно противоположному заключению относительно животных, описывая суровый мир, в котором никакое животное никогда не жертвовало своими собственными устремлениями для нужд команды или группы. Крокодилы съели бы детенышей друг друга даже на грани исчезновения.
Все же это было не то, что сказал Вильямс.
Он очень хорошо знал, что отдельные животные часто сотрудничают, и что человеческое общество -- не безжалостный беспредел.
Но он также видел, что сотрудничество почти всегда было между близкими родственниками -- матерями и детьми, рабочими пчелами-сестрами -- или, что оно применялось там, где оно сразу или впоследствии приносит пользу индивиду.
Исключений действительно мало.
Ведь там, где эгоизм приносит более высокое вознаграждение, чем альтруизм, эгоистичные особи оставляют больше потомков, таким образом альтруисты неизбежно вымирают.
Но там, где альтруисты помогают своим родственникам, они помогают тем, кто разделяет с ними некоторые из генов, включая любые гены, заставляющие их быть альтруистами.
Так без какого-либо сознательного умысла со стороны индивидов, распространяются такие гены.
Но Вильямс понял, что было одно тревожное исключение к этой схеме: пол.
Традиционным объяснением пола, теорией "Викария из Брэя", был по существу групповой отбор.
Он требовал, чтобы индивид, размножаясь, альтруистично разделял свои гены с генами другого индивида, потому что, если бы он этого не делал, виды не вводили бы новшества и, несколько сотен тысяч лет спустя, были бы вытеснены другими видами, которые разделяли.
Виды с половым способом размножения, говорил он, были лучше обеспечены, чем бесполые.
Но действительно ли индивиды, размножающиеся половым способом, были лучше обеспечены, чем бесполые? Если нет, пол не мог быть объяснен "эгоистичной" школой мысли Вильямса.
Поэтому либо было что-то не так с эгоистичными теориями, и истинный альтруизм мог действительно появиться, либо традиционное объяснение пола было неправильным.
И чем больше Вильямс и его помощники искали, тем, казалось, меньше толку от полового размножения для индивида, в отличие от вида.
Майкл Гизелин из Калифорнийской Академии Наук в Сан-Франциско был в это время занят исследованием работ Дарвина, и был поражен собственным настаиванием Дарвина на главенстве борьбы между индивидами, а не борьбы между группами. Но Гизелин также начал думать о том, почему пол казался таким исключением из этого.
Он сформулировал следующий вопрос. Как мог ген полового размножения распространиться за счет бесполого гена? Предположим, что все представители вида были бесполыми, но однажды одна их пара изобрела половое размножение.
Какую выгоду оно принесло бы? И если бы оно не принесло выгоды, почему бы оно распространилось? И если бы оно не могло распространиться, почему было очень много видов, размножающихся половым спосоом? Гизелин не видел, как новые особи с половым размножением, возможно, могли оставить после себя больше потомства, чем старые бесполые.
На самом деле, они, несомненно, оставили бы меньше, потому что, в отличие от своих конкурентов, они должны напрасно тратить время, находя друг друга, и один из них, самец, не производит детенышей вообще.
Джон Maynard Смит, "генетик, ставший инженером", из Университета Сассекса в Англии, с проницательным и несколько игривым разумом, который был натренирован великим неодарвинистом
Дж.Б.С.Холдейном,
ответил на вопрос Гизелина, не решая его дилемму.
Он сказал, что ген полового размножения мог распространиться, только если он удваивал число потомства, которое мог иметь индивид, что казалось абсурдным.
Предположим, сказал он, подходя с другой стороны к мыслям Гизелина, что однажды животное вида, размножающегося половым способом, решает воздержаться от полового размножения и поместить все свои гены в свое собственное потомство, не получив ни одного от своего партнера.
Оно тогда передало бы вдвое больше генов следующему поколению, чем его конкуренты.
Конечно, оно было бы в огромном выигрыше.
Оно внесло бы вдвое больший вклад в следующее поколение, и скоро осталось бы единоличным обладателем генетической наследственности вида.
Представьте себе пещеру каменного века, населенную двумя мужчинами и двумя женщинами,
одна из которых девственница.
Однажды девственница "асексуально" рождает ребенка-девочку, которая является по существу ее двойняшкой.
(Она стала, на узкоспециальном языке, "партеногеном.")
Это могло случиться несколькими способами, например, благодаря процессу, названному "самооплодотворение", в котором яйцо, грубо говоря, оплодотворяется другим яйцом.
Пещерная женщина рождает другую дочь два года спустя, таким же образом.
Ее сестра, тем временем, рождает сына и дочь обычным способом.
В пещере теперь восемь человек.
Затем каждая из трех молодых девочек рождает по два ребенка и первое поколение умирает.
Теперь в пещере десять человек, но пять из них -- партеногены.
В двух поколениях ген партеногенеза распространился от одной четверти до половины популяции.
Невдолге исчезнут мужчины.
Вильямс называл это стоимостью мейоза, а Мейнард Смит называл стоимостью самцов.
Раздельнополые пещерные люди обречены просто потому, что половина из них -- мужчины, а мужчины не производят детей.
Действительно, мужчины иногда помогают поднимать детей, убивая шерстистых носорогов на обед или как-нибудь еще, но что на самом деле необъяснимо, почему мужчины вообще необходимы.
Предположим, что бесполая женщина рождала только тогда, когда они сперва вступали в сношение.
Опять же есть прецеденты.
Есть злаки, которые образуют семя только когда оплодотворены пыльцой близкородственного вида, но семя не наследует генов от пыльцы.
Это называется "псевдогамия"
В этом случае мужчины в пещере понятия не имели бы, что им было генетически отказано, и рассматривали бы полученых бесполо младенцев как своих собственных, помогая им мясом шерстистого носорога так же, как своим собственным детям.
Этот мысленный эксперимент иллюстрирует количественно огромное преимущество гена, который делает своего владельца бесполым.
Логика, такая как эта, заставила Мейнарда Смита, Гизелина и Вильямса задуматься, что должно быть компенсационным преимуществом полового размножения, при условии, что каждое млекопитающее и птица, большинство беспозвоночных животных, большинство растений и грибов, и многие протозоа размножаются половым способом.
Для тех, кто думает, что говорить о "стоимости пола" означает просто иллюстрировать, какими нелепо меркантильными мы стали, и для тех, кто отвергает всю логику этого довода как обманчивую, я предлагаю следующую задачу.
Объясните колибри -- не то, как они работают, а почему они существуют вообще.
Если бы не было затрат на половое размножение, то колибри бы не существовали.
Колибри едят нектар, который цветы производят, чтобы привлечь насекомых-опылителей и птиц.
Нектар -- бескорыстный подарок для колибри от растения в виде своего с трудом добытого сахара, подарок дается только потому, что колибри затем понесет пыльцу на другое растение.
Чтобы вступить в половые отношения с другим растением, первое растение должно подкупить носителья пыльцы с нектаром.
Поэтому нектар -- чистые, настоящие затраты, понесенные растением в его поисках полового партнера.
Если бы не было затрат на половое размножение, не было бы никаких колибри.
Вильямс склонялся к заключению, что, возможно, его логика была хороша, но для таких животных как мы практические проблемы были просто непреодолимы.
Другими словами, переход от того, чтобы размножаться половым способом, к тому, чтобы быть бесполым, действительно давал бы преимущества, но только его слишком трудно достигнуть.
Приблизительно в это время социобиологи начинали попадать в ловушку, будучи слишком легко очарованными доводами "адаптацоинистов" -- "сказками Киплинга", как их назвал Стивен Джей Гульд из Гарварда.
Иногда, указывал он, дело обстояло так, что они были обусловлены случайными причинами.
Собственный пример Гульда -- треугольное пространство между двумя арками собора под прямым углом, известеное как антревольт, которое не имеет никакой функции, но является просто побочным продуктом помещения купола на четырех арках.
Антревольты между арками на базилике Св. Марка в Венеции
появились там не потому, что кто-то захотел антревольты.
Они там потому, что не существует способа поместить две арки рядом друг с другом, не образовав посередине промежуток.
Человеческий подбородок может быть таким антревольтом; он не имеет никакой функции, но является неизбежным результатом наличия челюстей.
Аналогично факт, что кровь красная -- конечно, фотохимическая случайность, а не особенность дизайна.
Возможно, половое размножение было антревольтом, эволюционным пережитком тех времен, когда оно служило своей цели.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 23 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |