Паразиты: Тайный мир - Карл Циммер

Не стоит думать, что эти эволюционные догонялки имели место лишь в далеком прошлом, в глубинах времени. Эти процессы происходят и сегодня; поставив правильный эксперимент, биологи могут даже наблюдать их в действии. Один такой эксперимент (с плодовыми мушками и осами, которые на них паразитируют) провел А. Крайевельд из Имперского колледжа в Англии. Для эксперимента он выбрал осу-паразита и два вида носителя: плодовых мушек Drosophila subobscura и Drosophila melanogaster. Он вырастил ос на мушках D. subobscura, а затем поместил несколько десятков паразитов в камеру с D. melanogaster. Осы инфицировали новых хозяев и убили девятнадцать из каждых двадцати D. melanogaster. Однако одной из каждых двадцати дрозофил D. melanogaster удалось мобилизовать свою иммунную систему и уничтожить личинки осы. Крайевельд взял этих резистентных мушек и получил от них следующее поколение D. melanogaster.

Тем временем Крайевельд продолжал выращивать ос-паразитов на мушках другого вида, D. subobscura. Когда следующее поколение D. melanogaster выросло, он вновь выпустил в их камеру несколько ос. Осы вновь атаковали мушек D. melanogaster, а Крайевельд вновь взял выживших как производителей и вырастил новое поколение.

Выращивая ос и мушек таким образом, ученый закрывал глаза одному из участников поединка паразит — хозяин. С каждым поколением все больше мушек D. melanogaster способны были приспособиться к осам и справиться с ними. А осы, которых Крайевельд выращивал на мушках другого вида (D. subobscura) у не имели возможности ответить на эволюционные изменения хозяев (D. melanogaster). Такое преимущество позволило D. melanogaster добиться стабильных результатов в борьбе с паразитами. Всего за пять поколений доля мушек, способных расправиться с личинками ос, поднялась от одной из двадцати до двенадцати из двадцати.

Да, хозяева и паразиты могут развиваться параллельно в непрерывных попытках взять верх друг над другом (биологи называют такой процесс гонкой вооружений), но во многих случаях их совместная эволюция больше напоминает карусель. Паразиты со временем развиваются, все лучше осваивают искусство узнавать хозяев, находить слабые места в их защите и жить внутри них. Но вид-хозяин никогда не бывает генетически однородным — он состоит из разновидностей, каждая из которых обладает собственным набором генов. Среди паразитов есть собственные вариации, причем кое-какие из них могут казаться полезными некоторым разновидностям хозяев. Со временем появляются разновидности паразитов, адаптированные к конкретным видам хозяев.

Биологи построили математические модели подобных интимных отношений. Если одна из разновидностей хозяев распространена больше, чем остальные (назовем ее Хозяином А), то будущее любого приспособленного к ней паразита окажется достаточно радужным. В конце концов у этих паразитов появится возможность свободно передвигаться между множеством хозяев, размножаясь по пути. Однако проблема в том, что при этом они, будучи паразитами, убьют или искалечат немало хозяев. От поколения к поколению Хозяин А из-за действия паразитов будет терять свое преимущество.

Внимание, которое паразиты уделяют самой распространенной разновидности хозяев, дает некоторое преимущество их более редким разновидностям. Поскольку самые часто встречающиеся паразиты не приспособлены для атаки на них, эти редкие разновидности получают возможность быстро размножаться. По мере того как Хозяин А приходит в упадок, другой хозяин, например Хозяин В, выдвигается на передний план. Но тогда паразиты, которые сумеют к нему приспособиться, получат в ходе естественного отбора преимущество и тоже размножатся. Через некоторое время они снизят численность Хозяев В и дадут возможность выдвинуться Хозяину С, затем D, Е и т. д.; возможно, когда-нибудь лидерство вновь вернется к Хозяину А. Время от времени происходит новая мутация и возникает новая редкая разновидность хозяев. Он становится Хозяином N и тоже включается в этот круговорот.

Этот бесконечный круг взлетов и падений, вероятно, привел бы современных Ланкестеру биологов в смятение. Они рассматривали историю жизни как марш прогресса под вечной угрозой дегенерации. Но здесь, в эволюции нового типа, не существует прогресса или регресса. Паразиты вынуждают хозяев совершать громадное количество в сущности бесцельных изменений. Одна генетическая вариация поднимается, затем уходит в тень, другая вариация занимает ее место только для того, чтобы тоже в свою очередь уйти в тень. Эволюция такого рода — тема не для эпических поэм, а разве что для страшных сюрреалистических детских историй. Биологи называют ее гипотезой Черной Королевы в честь героини кэрролловской «Алисы в зазеркалье»; эта королева заставила Алису долго бежать, в результате чего обе остались там же, где и были. «Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте!» — заявила Черная Королева.

Но в гипотезе Черной Королевы есть свой парадокс. Речь в ней идет о необходимости бежать изо всех сил, чтобы только оставаться на месте, но не исключено, что именно она объясняет причины, позволившие эволюции сделать один принципиально важный шаг вперед: возможно, именно ей мы обязаны изобретением секса.

В начале 1980-х гг. Кертис Лайвли, находясь в Новой Зеландии, поймал себя на мыслях о сексе. Он только что получил степень доктора философии в области эволюционной биологии; темой его диссертации были рачки Калифорнийского залива. На квалификационном экзамене ему был задан необычный вопрос: «Почему эволюционная теория не может объяснить существование полов?» Кертис не знал на него ответа.

Вообще, это не тот вопрос, который люди привыкли задавать себе и другим.

— Если войти в аудиторию к студентам младших курсов и спросить: «Почему существуют самцы?» — на тебя посмотрят, как на сумасшедшего, — говорит Лайвли. — Скажут, что самцы необходимы для размножения и что в каждом поколении их рождается больше. Ну, может, для млекопитающих это и верно, но у многих видов все не так. Мысль о том, что какое-то существо может размножаться без самцов и вообще без секса, кажется им ошеломляющей. Большинство людей не представляет себе продолжение рода без секса.

Бактерия просто выбирает подходящий момент и делится пополам; многие одноклеточные эукариоты тоже могут это делать. Надо заметить, что многие растения и животные способны без проблем размножаться в одиночку. Даже среди тех видов, которые обычно размножаются половым путем, немало таких, кто может при желании переключиться на клонирование или бесполое размножение. Прогуливаясь по рощице из сотен трепещущих осин на горных склонах штата Колорадо, вы, возможно, увидите перед собой лишь клоны, выросшие не из семян, а из корней одного дерева, которое во множестве пускает новые побеги. Гермафродиты, такие как морской огурец или дождевой червь, снабжены и мужскими, и женскими половыми органами; они могут как оплодотворять себя сами, так и спариваться с другими червями. Некоторые виды ящериц состоят из одних самок: в процессе так называемого партеногенеза они каким-то образом запускают развитие своих неоплодотворенных яиц. В сравнении с этими и другими неполовыми способами размножения секс представляется очень медленным и затратным. Сотня партеногенетических ящериц-самок может произвести на свет гораздо больше отпрысков, чем пятьдесят самцов и пятьдесят самок. Всего за пятьдесят поколений одна клонирующаяся ящерица могла бы обогнать по числу потомков миллион ящериц, размножающихся половым путем.

Когда Лайвли заинтересовался тайной секса, в науке было всего несколько гипотез, которые хоть как-то объясняли его существование. Самые распространенные из них были известны как гипотеза лотереи и гипотеза густо поросшего берега. Согласно гипотезе лотереи, половой способ размножения помогает выжить в нестабильных условиях. Так, линия клонов может неплохо жить в одном и том же лесу, но что если на месте этого леса через несколько столетий будет прерия? Половое размножение порождает вариации, которые, возможно, помогут виду выжить в изменившихся условиях.

С другой стороны, гипотеза густо поросшего берега утверждает, что при половом способе размножения детеныши лучше подготовлены к существованию в сложном мире. В любой среде — на приливной равнине, в лесной подстилке, возле глубоководных гидротермальных источников — пространство разделено на отдельные ниши, в которых для выживания требуются разные умения. Клон, приспособленный к существованию в одной нише, может породить отпрысков, способных жить только в этой нише. А половой способ размножения перемешивает карты в генетической колоде и сдает их потомству случайным образом.