Скандальная правда о сексуальной жизни растений (СИ) - Аллаби Майкл

Итак, если секс энергозатратен и даже не нужен, то зачем он вообще существует? Почему бактерии, несмотря на свою бесполость, часто обмениваются генами через трубку, которую одна клетка протягивает через стенку другой? Этот процесс называется конъюгацией, и способные на него клетки образуют половые типы. Это не секс, но очень похоже на него. И хотя большинство растений приспособлены к бесполому размножению, время от времени они вырастают из семян.

Каков же ответ на мой вопрос? Никто точно не знает, но есть по крайней мере одно правдоподобное предположение: ключ к разгадке кроется в бактериях. Биологи многое знают об их истории. Они нашли окаменевшие следы существования бактерий, живших миллиарды лет назад, и вот что поразительно: насколько можно судить, с тех давних пор эти микроорганизмы почти не изменились. Такое ощущение, что эволюция прошла мимо них. Сравните это с цветковыми растениями, которых, скорее всего, вообще не существовало 170 миллионов лет назад, а теперь они растут повсюду на планете и насчитывают примерно 352 000 видов.

Всякий раз, когда бактерия делится, она должна создать две копии своей ДНК — по одной копии для каждой дочерней клетки. Если в течение двадцати минут эта ДНК была повреждена, скажем, радиацией или каким-то химическим веществом, попавшим в клетку, обе копии будут иметь это повреждение или мутацию. Большинство мутаций вредны, и вероятным следствием такого повреждения является то, что ни одна из дочерних клеток не будет функционировать правильно. Они или их собственные дочерние клетки не смогут размножаться — и линия вымрет, забрав с собой мутировавшую ДНК. Не существует способа отделять вредные мутации от очень редких полезных, хотя именно через накопление последних и развиваются организмы. В результате бактерии практически не могут эволюционировать, вот почему они практически не изменились.

В половом размножении участвуют два набора клеток ДНК. Они сливаются, и в ходе этого процесса есть шанс разделения вредных и полезных мутаций. Первые, как правило, устраняются, в то время как вторые могут быть приобретены от одного из родителей или от обоих, — эта вероятность повторяется с каждым поколением. Иначе говоря, естественный отбор действует для устранения вредных мутаций и отбора полезных, — но в размножающихся бесполым путем организмах отбор действует на весь организм, тогда как в существах, выбирающих половой путь, он распространяется только на отдельные признаки.

Появление новых полезных черт в популяции — все еще медленное и рискованное дело, но по мере распространения они объединяются с предшествовавшими им полезными чертами. Как только все закрепляется, новые преимущества позволяют виду увеличиваться в количественном отношении, и чем больше популяция, тем больше вероятность появления новых полезных мутаций и их установления. Впрочем, устранение вредных изменений работает довольно эффективно. Половое размножение ускоряет темп эволюции, а быстрый темп эволюции увеличивает шанс успешной адаптации к преобразованиям в окружающем мире.

К таким преобразованиям относятся и вторжение болезнетворных организмов, и эволюция хищников.

Если клетки-хозяева хотят выжить — а болезнетворные организмы не дремлют и разрабатывают новые способы атаки, — они должны постоянно улучшать свою защиту, чтобы сделать стены неприступными.

Растения вырабатывают яды для отпугивания травоядных, и по мере того как животные становятся к ним толерантны, растения вынуждены делать отравляющие вещества более сильными. Такая вот гонка вооружений. Эволюционные биологи называют это «эффектом Красной Королевы». Такое название взято из «Алисы в Зазеркалье» Льюиса Кэрролла, где Красная Королева говорит: «…здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!»[4].

Примените это к организмам, предпочитающим бесполое размножение. В их случае полезная мутация даст свое преимущество только прямым потомкам индивидуума, который ее приобретет. Это могло бы позволить его обладателям процветать. Даже если бы этой чертой стали обмениваться неродственные особи, потребовалось бы очень много времени для ее распространения на всю популяцию. Встречающиеся гораздо чаще вредные мутации также переходят к дочерним клеткам при каждом делении и накапливаются до тех пор, пока не уничтожают целые линии потомков или всерьез не отравляют им жизнь. Естественный отбор в таком случае мог бы благоприятствовать родственным линиям с наименьшей частотой мутаций. Эволюция должна идти очень медленно, и именно поэтому современные бактерии так похожи на своих далеких предков. Если бы не секс, бактерии, скорее всего, шли бы в ногу с эволюцией. И тогда в мире не было бы ничего, кроме них.

«Если бы не секс, бактерии, скорее всего, шли бы в ногу с эволюцией».

Так кого же мы должны благодарить за изобретение секса? Это только предположение, но первые сексуально активные существа, должно быть, жили в океанах. Бактерии были прекрасны, но некоторые из полезных мутаций преобразовали их в другие клетки, решившие, что бактерии — это пища. Итак, мир разделился на охотников и жертв, и по мере того как одни клетки поглощали другие, иногда съеденные клетки выживали внутри отобедавших ими организмов. Такие клетки были более сложно организованными, чем бактерии, и со временем они начали соединяться. Одни из них стали многоклеточными растениями, а другие — растительноядными организмами.

Многоклеточному организму труднее размножаться простым делением, хотя и тут нет ничего невозможного. Это могут делать коралловые полипы и круглые черви (нематоды), выращивающие новую особь в виде отростка: отламываясь, тот уплывает в поисках своей собственной судьбы. Но были и те, кто пошел другим путем, выпуская пакеты со своей ДНК в воду. Некоторые пакеты были способны делиться, чтобы произвести новых индивидуумов, но только если они были побуждены к этому пакетами другого типа. Когда эти два типа встречались, они начинали делиться, создавая из двух наборов ДНК один. Таковым, вероятно, и было появление яйцеклеток и сперматозоидов, и по сей день многие одноклеточные водные растения и животные размножаются именно так. Как только растения вышли на сушу, а за ними последовали растительноядные животные и хищники, они продолжили выпускать свои яйцеклетки и сперматозоиды в воду. Лягушки, жабы и тритоны, равно как мхи и печеночники, до сих пор так поступают. Но эволюцию толкали вперед обширные куски суши с плодородными почвами, ожидавшие заселения. Растения перебирались в более сухие районы, животные преданно следовали за ними, и в процессе освоения новых мест им приходилось изобретать способы обеспечения продуктивных встреч между сперматозоидами и яйцеклетками вдали от воды. И поскольку необходимость в данном случае стала двигателем прогресса, эти умники изобрели секс. Остальное, как говорится, уже детали.

Напрашивается вывод: у секса есть ряд преимуществ. Половое размножение превосходит бесполое на несколько шагов. Однако растения берут все лучшее от обоих. Они размножаются половым путем, получая таким образом выгоду от эволюции и ускоренной адаптации, — но многие из них также могут продолжать род вегетативно.

Зуб льва. Dent de lion. Звучит драматично, согласитесь. Именно от французского варианта названия одуванчика происходит его английский вариант — dandelion. Острые зубчатые края листьев, вероятно, когда-то напомнили кому-то зубы льва. Я не могу прокомментировать точность аналогии, поскольку даже отдаленно не являюсь львиным стоматологом.

Одуванчик — единственное растение, знакомое каждому из нас, потому что он растет абсолютно везде. Если вы каким-то чудом не замечаете самого растения или его ярких цветов, то вы едва ли не заметите его семена, плывущие по воздуху на шаре из белых волосков. Помните про «одуванчиковые часы»[5], которые мы все сдували в детстве, чтобы определить время? Так вот, одно растение одуванчика может производить более тысячи часов в год. Одуванчики ничем не загубить — газонокосилки и даже другие сорняки бессильны.