Бегство от одиночества

Глава 6. Союз ради продолжения рода

Очень многие из тех разнообразных задач, которые живое существо вынуждено решать, отстаивая свое место под солнцем, допускают известную свободу выбора. Индивидуалист при прочих равных условиях будет склонен укрываться от врагов и разыскивать пищу в одиночку, коллективист – в компании с себе подобными. Но сколь бы сильны ни были индивидуалистические наклонности особи, ей не суждено произвести потомство, не заключив временный или постоянный союз с существом противоположного пола. И хотя сказанное, как мы увидим в дальнейшем, нельзя отнести в полной мере ко всем обитателям нашей планеты, необходимость продолжения рода оказывается, тем не менее, одним из наиболее универсальных стимулов, способствующих формированию добровольных коллективов в мире животных.

В мире живых существ супружеские и семейные отношения принимают многообразные и порой неожиданные формы. Здесь есть все – от мимолетных любовных свиданий, после которых будущая мать уже никогда больше не встретится со своим избранником, до сплоченных семейных групп, подчас включающих в себя тысячи и даже миллионы особей! Многое из того, о чем будет рассказано, близко и понятно нам, ибо имеет бесспорные параллели в нашей собственной личной жизни и в привычных представлениях о браке и семье в обществе людей. Но многое, напротив, полностью расходится с законами того мира, в котором существует мы с вами.

Размножение и половой процесс – это не одно и то же

Прежде чем приступить к этой увлекательной теме, нам необходимо вкратце познакомиться с тем, что же в действительности представляет собой явление пола. Можно ли представить себе жизнь в отсутствие противостоящих друг другу и взаимодополнительных в своей противоположности мужского и женского начала? И если да, то почему же все-таки разнополость представляется нормой и для биолога, и для непосвященного, а любое иное мыслимое состояние – экзотикой либо нонсенсом? Как мы увидим вскоре, вполне правомерен и еще более неожиданный вопрос: существует ли прямая и однозначная связь между феноменом пола и размножением, если понимать под словом «размножение» увеличение числа особей в череде поколений? Или, иными словами, непременно ли предназначено разделение индивидов по признаку пола для «деторождения»? Чтобы подоплека всех этих вопросов стала для нас более простой и понятной, давайте обратимся для начала к размножению некоторых одноклеточных организмов из числа тех, которые известны нам под названием «простейших».

Возьмем для примера отдаленного родича самой обыкновенной амебы, именуемого солнечником (рис. 13). От шаровидного комочка цитоплазмы диаметром около десятой доли миллиметра во все стороны расходятся тонкие прямые лучи-псевдоподии, которыми солнечник, парящий в толще воды, захватывает употребляемые им в пищу микроорганизмы. Размножается солнечник делением надвое: сначала митотически делится диплоидное, т.е. содержащее двойной набор хромосом, ядро клетки, а затем пополам перешнуровывается ее цитоплазматическое тело. Наблюдая за жизнью этих простейших в искусственном резервуаре, ученым удалось проследить преемственность в потомстве одного-единственного солнечника на протяжении 1244 поколений. Уже в десятом поколении число солнечников, берущих начало от своего прародителя-одиночки, должно теоретически составлять 1024 особи, а к моменту появления тысячного поколения его численность выражается поистине астрономической цифрой.

Казалось бы, благополучие в царстве солнечников должно быть полностью гарантировано этой их способностью к бесполому размножению, осуществляемому в геометрической прогрессии. Однако более пристальное изучение образа жизни этих созданий показало, что дело обстоит не совсем так. Если мы будем день за днем наблюдать за солнечниками, пользуясь сильным микроскопом, то однажды сможем заметить нечто странное, происходящее с одним из этих созданий. Начинается все с того, что солнечник втягивает внутрь цитоплазматического тельца свои лучи-псевдоподии, теряя сходство с великим светилом, по имени которого он получил свое название. Затем вокруг ставшего шарообразным комочка цитоплазмы образуется плотная оболочка, после чего тело солнечника делится пополам, как и при обычном бесполом размножении.

Но этим дело не ограничивается, и ядро каждой из двух образовавшихся клеток делится снова, а затем еще раз – теперь мы имеем дело уже не с обычным митотическим, а с мейотическим, или редукционным, делением. Причем после каждого из двух делений мейоза одна из образовавшихся клеток отмирает, так что в конце концов под наружной оболочкой вновь оказываются только две клетки – столько же, сколько их было здесь после первого деления солнечника надвое. Но теперь ядра этих клеток несут в себе не двойной, а одинарный, гаплоидный, набор хромосом. Вскоре после этого одна из клеток выпячивает короткие псевдоподии, которые внедряются в тело другой. Цитоплазма обоих соседей постепенно сливается воедино, а их ядра движутся по направлению друг к другу и тоже соединяются. После этого оболочка распадается, заключенная в ней единственная клетка с теперь уже двойным набором хромосом выпускает из себя длинные лучи-псевдоподии и превращается в полное подобие того солнечника, с которым произошли все эти странные метаморфозы. Это возродившееся создание отправляется в свободное плавание и вскоре митотически делится пополам, давая начало новым поколениям солнечников.

Все те события, которые только что прошли перед нашими глазами, есть не что иное, как половой процесс. Это утверждение может звучать несколько странно, если принять во внимание, что у солнечников пол, по сути дела, отсутствует. У этих созданий нет подразделения на женских и мужских индивидов, на «самцов» и «самок». Однако те две гаплоидные клетки, которые были порождены диплоидным организмом в результате редукционного деления и которые слились друг с другом на конечной стадии процесса, мы вынуждены признать половыми клетками, или гаметами. Поскольку начало им дал один и тот же бесполый (или двуполый) организм, следует считать, что в данном случае имеет место нечто вроде самооплодотворения.

Зная все это, мы уже можем попытаться дать ответы на вопросы, поставленные в начале этой главы. На вопрос, возможна ли жизнь в отсутствие пола, приходится ответить положительно. Если пример солнечника не вполне убеждает нас в этом, поскольку в бесконечной череде бесполого размножения он все же изредка прибегает к половому процессу, то амеба, скажем, не знает ничего иного, кроме бесполого деления пополам¹. С другой стороны, половой процесс в той или иной своей форме присущ подавляющему большинству видов организмов – от бактерии до человека. А это значит, что он может давать какие-то преимущества перед монотонностью бесполого существования. И, наконец, на вопрос о том, имеется ли простая и однозначная связь между полом и размножением, следует с определенностью ответить «нет». И в самом деле, мы видели, что у солнечника размножение (то есть увеличение числа особей) происходит путем деления их надвое (с сохранением после каждого деления двойного набора хромосом), а в результате полового процесса число особей отнюдь не увеличивается.

Однако солнечник, склеившийся из двух «половинок» – не совсем тот индивид, который окружал себя оболочкой, готовясь к половому процессу. Генетический материал новой особи не идентичен генетическому материалу предшественника – ведь в процессе мейоза имел место кроссинговер, а часть ДНК была утрачена при гибели дополнительно возникавших в ходе этого процесса клеток. Именно в этой реорганизации генетической конституции биологи видят главное значение полового процесса у низших организмов и полового размножения – у высших.

Как инфузории обретают бессмертие

Сказанное во многом подтверждается наблюдениями за жизнью других простейших, в частности, инфузорий. Эти одноклеточные создания, стоящие на более высокой ступени организации по сравнению с солнечником, подобно последнему способны в течение сотен поколений размножаться делением надвое. Однако у многих видов инфузорий такое бесполое размножение не может продолжаться бесконечно: постепенно скорость приумножения числа особей снижается, а затем инфузории перестают делиться и погибают. Все это очень напоминает процесс старения у высших животных, заканчивающийся естественной смертью.

Человек пока еще не нашел рецептов омоложения стареющего организма, а вот инфузории, можно сказать, обладают такой способностью. Чтобы восстановить свою жизненную энергию, инфузории, принадлежащей к стареющему, готовому угаснуть клону, необходимо обновить набор своих генов. А для этого она должна вступить в «интимную связь» с другим подобным ей созданием. Половой процесс у инфузорий носит название конъюгации. Две инфузории подплывают друг к другу и слипаются боковыми поверхностями своих продолговатых тел. В это время ядра в тельцах обоих партнеров начинают мейотически делиться², и по окончанию этого в цитоплазме каждой инфузории остается по два гаплоидных ядра. К этому моменту в оболочках клеток обоих партнеров образуется нечто вроде окошечек, и здесь цитоплазмы той и другой клеток сливаются воедино. По одному из двух гаплоидных ядер каждой инфузории направляются к этой цитоплазматической перемычке, переходят через нее в тело партнера и там сливаются с другим гаплоидным ядром, оставшимся неподвижным. В итоге каждая из конъюгирующих инфузорий обладает теперь диплоидным ядром, в котором половина хромосом изначально принадлежала данному индивиду, а другая половина получена от партнера по конъюгации. У разных видов инфузорий описанный половой процесс занимает от 3–4 часов до 7 суток. По окончании конъюгации партнеры разъединяются, после чего каждый из них способен вновь долгое время размножаться делением надвое (рис. 14).

Рис. 14

Как и солнечники, инфузории не имеют определенного пола. Их с некоторой натяжкой можно было бы назвать гермафродитами, если придерживаться терминологии ученых, именующих подвижное гаплоидное ядро, которое подобно спермию разнополых животных перемещается в тело инфузории-партнера, «мужским пронуклеусом», а ядро, остающееся подобно яйцеклетке неподвижным – «женским пронуклеусом». Эта аналогия удивительным образом подтверждается у тех видов инфузорий, у которых при конъюгации партнеры не «срастаются» боками, а лишь удерживают друг друга переплетающимися ресничками, окружающими их ротовые воронки. У этих инфузорий конъюгирующие индивиды обмениваются подвижными гаплоидными ядрами (мужскими пронуклеусами) не через цитоплазматическую перемычку, а через ротовые отверстия. При этом каждое такое ядро вынуждено, покинув тело своего первоначального хозяина, проплыть некоторое расстояние в воде; только после этого оно внедряется в цитоплазму второго партнера. Способности мужского пронуклеуса выбирать свой путь наподобие самостоятельного живого существа, соответствует и его строение: утолщенная «головка» переходит в удлиненный подвижный «хвостик», придающий пронуклеусу повышенную подвижность. В этом отношении такой мужской пронуклеус в высшей степени сходен со сперматозоидами высших двуполых животных.

При этом инфузории, выбирающие себе партнера для конъюгации, оказываются весьма разборчивыми. Во-первых, среди особей своего вида они выбирают лишь принадлежащих к своей разновидности («вариетету», как говорят биологи). А во-вторых, у инфузорий существуют так называемые «типы спаривания», число которых в пределах вариетета у разных видов может быть от 2 до 15. Конъюгировать могут лишь индивиды, принадлежащие к разным типам – инфузория, относящаяся к типу спаривания А, при отсутствии подходящей компании может даже пытаться конъюгировать с мертвой особью искомого типа (B, C, D, Е и т.д.), но наотрез откажется вступить в связь с индивидом того же типа A.

Выбирая партнера, инфузория руководствуется особым, очень тонким химическим чувством. Когда мы помещаем вместе инфузорий нескольких типов спаривания, все они мгновенно устремляются навстречу друг другу, образуя подчас плотный комок, состоящий из десятков крошечных полупрозрачных тел. И лишь затем из этой сплошной массы начинают выплывать конъюгирующие парочки... Это позволило кое-кому из ученых считать, что разные типы спаривания представляют собой нечто вроде разных полов. Если встать на эту точку зрения, то получается, что у некоторых видов инфузорий существует, как уже сказано, до 15 полов! Впрочем, большинство знатоков инфузорий не согласны с подобным заключением и считают, что многообразие типов спаривания у инфузорий не имеет прямой связи с явлением пола.

Продолжение следует

¹ Более правильно, наверное, будет сказать, что никто и никогда не наблюдал у амебы полового процесса. – Прим. ред.

² Клетки инфузорий содержат как минимум по два ядра (или по нескольку ядер двух типов): крупные, зачастую полиплоидные, ответственные за «повседневную жизнь» клетки макронуклеусы и мелкие диплоидные микронуклеусы. Все дальнейшие метаморфозы, описанные здесь, происходят именно с микронуклеусом, а макронуклеус в процессе конъюгации рассасывается.