Когда речь заходит о разнице полов, многие по-прежнему вспоминают библейскую историю сотворения человека. «И сказал Господь Бог: не хорошо быть человеку одному; сотворим ему помощника, соответственного ему. <… > И создал Господь Бог из ребра, взятого у человека, жену, и привел ее к человеку. И сказал человек: вот, это кость от костей моих и плоть от плоти моей; она будет называться женою, ибо взята от мужа».
А что говорит на этот счёт наука? Кто появился раньше — мужчины или женщины? И в чём смысл разделения на два пола?
Загадка полового диморфизма
Зачем нужны два пола — вопрос не из простых. Бесполое размножение однозначно эффективнее с точки зрения воспроизводства популяции. А за секс приходится платить двойную цену.
Во-первых, потомства становится меньше по умолчанию. При бесполом размножении каждая новая особь делится на двое, клонируя себя, — и численность вида растёт в геометрической прогрессии. А если для размножения обязательно нужны две особи, воспроизводство может быть даже отрицательным. У двоих родителей рождается один ребёнок — когда таких союзов большинство, следующее поколение становится малочисленнее предыдущего.
Во-вторых, сам процесс размножения сильно осложняется поиском партнера для секса. Особям приходится конкурировать за размножение, и не все из них в итоге продолжают род. Неудивительно, что у многих двуполых животных все еще есть запасной выход: возможность получить потомство без оплодотворения.
Когда биологи это осознали, секс поставил их в ступор. Зачем природе было все так усложнять? Впрочем, оказалось, что половое размножение действительно даёт видам преимущества. Повышается и выживаемость, и адаптированность к внешней среде. Но как и зачем появилась эта замысловатая схема — до сих пор не до конца понятно. И почему животные разделились на два пола — тоже. Могли бы остаться гермафродитами: у них половое размножение и перемешивание признаков тоже происходит, но особей, с которыми можно спариться — в два раза больше. В крайнем случае можно и оплодотворить самого себя, если подходящего партнёра не нашлось. Новых генов не прибавится, но потомки будут не хуже своего предка. А число возможных комбинаций генов у гермафродитов даже больше.
Однако на вопрос о том, какой генетический пол появился первым, ответить не так уж сложно. Первым и базисным является тот пол, который несёт на себе основное бремя размножения. То есть женский. Если бы женщины могли рожать без оплодотворения, род человеческий, вероятно, был бы не столь совершенен, но продолжился бы. Такой способ размножения в природе называется партеногенез. А вот мужчинам без женщин было бы некого оплодотворять: они, по крайней мере в естественной среде, не способны получить потомство. Так что и внутри утробы матери все эмбрионы до поры до времени формируются по женскому типу, и лишь в определённый момент большинство (но не все!) обладателей хромосомы Y начинает развиваться по-другому.
Мальчики для битья
Половое размножение — важный фактор эволюционного процесса, это бесспорно. Но эволюционная теория пытается обосновать саму необходимость чёткого полового разделения эволюционными преимуществами. Почему среди высших животных не преобладают гермафродиты, вот в чем вопрос.
Сторонники теории считают, что представители разных полов очень удачно дополняют друг друга с точки зрения поведенческих стратегий — и это полезно для выживания вида. Для успешной адаптации к среде нужен баланс между изменчивостью, внедрением инноваций с одной стороны и сохранением наиболее успешных признаков с другой стороны. И каждый из полов выполняет свою роль в эволюционном процессе.
Самцы — мишень для экспериментов природы: они больше склонны к мутациям и рискованному поведению, поэтому меньше выживают. Носители самых вредных мутаций страдают от них сразу же: они погибают бездетными и не передают свои проблемы по наследству. Самки — устойчивый элемент в этой системе, потому что от их благополучия напрямую зависит выживание вида. Они защищены от опасных мутаций дополнительной хромосомой и не склонны ввязываться в сомнительные авантюры: их задача — произвести на свет потомство.
В случае, если новые мутации, проявившиеся у самцов, окажутся удачными, через некоторое время они станут частью общего генетического багажа. А у менее изменчивых самок сохраняется «золотой фонд» лучших генов.
Гермафродиты же лишены такого выгодного «разделения труда». У них цена приобретения новых признаков была бы выше: все тяготы мутаций ложились бы на всю популяцию сразу. Получается эволюционный тупик. Попробуй поэкспериментируй, когда на кону выживание вида. Но без изменчивости выживание тоже под вопросом: как тогда быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды?
Многие примеры из мира природы подтверждают эволюционную теорию. У большинства млекопитающих, как и у амфибий, мужской пол гетерогаметный: одна из двух половых хромосом отличается от другой. Притом Y-хромосома содержит гораздо меньше генов, чем X-хромосома. Из-за этого многие мутации сразу проявляются в качестве наследственных признаков: ген закодирован на единственной Х-хромосоме, и «запасных версий» нет. У самок же эти гены закодированы в двух разных Х-хромосомах, и если одна из версий оказалась «бракованной», в ход идёт другая.
Но есть очень значимые исключения, которые ставят эту стройную логику под сомнение. Например, птицы. У птиц самцы гомогаметны, а гетерогаметны самки. Они-то и становятся «мутантами» в первую очередь.
У многих рептилий гены вообще на пол не влияют. Например, у крокодилов, когда холодно, из яиц вылупляются самки, а самцы «любят погорячее». А у черепах все ровно наоборот. Получается, лежащее в основе теории обобщение на условных самцов и самок — уже не учитывает реальное биоразнообразие.
В общем, эта складная на первый взгляд теория полна изъянов: она явно больше опирается на теоретические построения, чем на непосредственное наблюдение и экспериментальные данные. В жизни все куда сложнее. Возможно, чтобы найти более убедительную разгадку тайны пола, стоит заглянуть в самое начало начал — когда половое размножение только зарождалось.
Make love, not war
А что, если во всём виноваты разборки между одноклеточными? Некоторые оригиналы из мира науки всерьёз относятся к этой идее. Они считают, что чёткое разделение на два пола понадобилось, чтобы предотвратить «митохондриальную войну». То есть борьбу между митохондриями родителей в организме ребёнка.
Митохондрии — это наши древнейшие симбионты, бактерии, которые живут прямо внутри клетки. Там они обеспечивают «клеточное дыхание»: окисление питательных веществ и выработку энергии. Сами по себе, без митохондрий, наши клетки к кислородной среде не приспособлены и энергию производить не умеют.
Внутри каждой клетки митохондрии размножаются и мутируют, образуя отдельную популяцию. А в разных организмах эти бактерии могут достаточно сильно отличаться — как два разных подвида. Когда две половые клетки сливаются, митохондрии встречаются, перемешиваются и начинают конкурировать между собой. Тут-то и мог бы запуститься процесс отбора: преимущество в борьбе получали бы те бактерии, которые быстрее размножаются.
Но организму-носителю такой отбор митохондрий вовсе не нужен. Ему нужны не завоеватели, а трудоголики: ключевая задача симбионтов — хорошо обеспечивать клеточное дыхание, а их численность должна оставаться стабильной. Но после ожесточённой битвы полезные бактерии могли бы оказаться в меньшестве. Так что у большинства животных проблема конкуренции решается предельно просто: ребёнку передаются материнские митохондрии, а митохондрии отца безжалостно уничтожаются. Хотя может быть и наоборот: главное, что один пол передаёт свои митохондрии, а другой нет. И все под контролем.
Впрочем, большинство учёных сильно сомневается в том, что именно этот фактор стал решающим в распространении полового размножения. Но кто знает? Может, именно эта «митохондриальная иерархия» в какой-то момент оказалась значительным преимуществом в ходе естественного отбора. И поспособствовала закреплению признака.
С кем поведешься, от того и наберёшься
Последователи третьей теории тоже обвиняют в появлении секса митохондрии.
Простые организмы состоят из одной бактериальной клетки — прокариоты. Эта клетка тоже устроена просто и изящно. А вот у сложных организмов и клетки сложные. Они называются эукариоты, и возникли в результате симбиоза бактерий и другого типа простых клеток — архей.
Древние археи появились на заре жизни — тогда, когда ещё не было кислородной среды. А когда в земной атмосфере стал преобладать кислород, археи, работавшие на водороде, начали страдать. И заключили взаимовыгодный союз с одним из видов бактерий, освоивших кислородный обмен. Эти бактерии — те самые митохондрии — поселились прямо внутри клетки археи и получали оттуда питательные вещества, не прикладывая собственных усилий. Их роль заключалась в том, чтобы эти вещества перерабатывать в энергию. Примерно так описывает происхождение эукариот «водородная гипотеза».
И у них быстро возникли проблемы. Потому что бактерии, поселившиеся в археях, принесли с собой своих паразитов. Притом особо опасных — живущих прямо в геноме. Это были паразитические, бессмысленные последовательности генов, из-за которых ломался процесс производства новых белков. Сами митохондрии к ним уже приспособились и жили припеваючи. Но тут у паразитов появился простор для экспансии: геном клетки-хозяина, которая такого поворота событий не ожидала. Эукариоты, только появившись, начали вымирать: по сути, они столкнулись с эпидемией неконтролируемых мутаций. И по мнению сторонников геномно-паразитарной теории секса, половое размножение оказалось спасительной соломинкой.
Когда мутаций много и они опасны, следующее поколение может оказаться просто нежизнеспособным. В этом случае поможет ускоренная рекомбинация генов. Из двух испорченных геномов можно в итоге слепить один более-менее приличный: тот ген, который не работает у одного организма, у его партнёра сохранился в первоначальном виде и наоборот. В следующем поколении появляется возможность скомпенсировать еще кое-какие потери. Выживают особи с лучшим набором генов, и они-то доходят до размножения, а неудачные комбинации не закрепляются в генофонде по причине гибели их обладателей. Подход суровый, но действенный.
Эту теорию тоже есть за что критиковать. Не все сложные организмы размножаются половым путем: есть и те, которые предпочитают споры или почкование. Не объясняет эта концепция и того, почему эволюция пошла по пути чёткого разграничения полов, а не гермафродитизма. И тем не менее, она весьма убедительна. Хотя доподлинно восстановить хронологию тех далеких событий учёным пока не под силу.
Из науки секс не выкинешь
В отличие от религии, наука не ищет простых истин, и на вопрос о предназначении полов пока нет окончательного ответа. Да и сам пол — вовсе не такое однозначное понятие, как может показаться. В природе нет чётких признаков, закрепленных за самцами или за самками. У каждого вида половое поведение варьируется: у одних птиц высиживают яйца самки, например, курицы, а у других самцы — этим отличаются пингвины. У одних видов агрессию проявляют в первую очередь самцы, а у других — самки. А у высших животных пол ещё и не всегда возможно окончательно определить. Одно дело — пол хромосомный, и другое дело — фенотипический: в ряде случаев эмбрион с хромосомами X и Y может развиться по женскому типу. А ведь есть ещё и гормональный пол…
Но как бы все ни было сложно, наука точно не зайдёт в тупик. Потому что секс неизменно остаётся для человечества животрепещущей темой. Как и загадка развития жизни.
Автор: Екатерина Доильницына