Происхождение организмов, размножающихся половым путем, от бесполых предков – глубокая загадка, которая озадачила многих эволюционных биологов. Происхождение и последующее сохранение полового размножения и рекомбинации – это явление, которое нелегко объяснить с помощью дарвиновской эволюции. Действительно, есть несколько существенных, хорошо известных причин, по которым происхождение пола представляет собой серьезную проблему для традиционных эволюционных объяснений. Грэм Белл описал эту дилемму в своей книге «Шедевр природы: Эволюция генетики и сексуальности»:

«Половое размножение – королева проблем в эволюционной биологии. Пожалуй, ни одно другое природное явление не вызывало такого интереса и уж точно не сеяло столько путаницы. Прозрения Дарвина и Менделя, осветившие столько тайн, до сих пор не смогли пролить более чем тусклый и колеблющийся свет на центральную загадку сексуальности, подчеркивая ее неясность самой своей изолированностью».

В чем заключаются проблемы?

Существует несколько причин, по которым происхождение секса представляет собой проблему. Прежде всего, это нерациональное использование ресурсов для производства самцов. Если предположить, что у размножающейся половым путем самки рождается равное количество мужского и женского потомства, то только половина потомков сможет иметь еще потомство (в отличие от бесполых видов, все потомство которых может впоследствии размножаться). Таким образом, можно ожидать, что бесполая особь будет размножаться в среднем в два раза быстрее, чем особь с определенным полом. Учитывая неблагоприятные условия, с которыми сталкиваются виды, размножающиеся половым путем, можно ожидать, что они будут быстро вытеснены бесполыми видами. Кроме того, следует учитывать, что, в отличие от бесполых видов, самки сексуально размножающихся видов сохраняют только половину своего успешного генотипа. Поэтому переход от бесполого к половому размножению – это, по сути, азартная игра с 50% своего успешного генотипа. Учитывая, что вся цель естественного отбора заключается в сохранении организмов, передающих свои успешные гены, это наносит удар в самое сердце эволюционного обоснования.

В этих дилеммах нет ничего нового. В своей книге «Эволюция: Триумф идеи» Карл Циммер признает эти проблемы:

«Секс не только не нужен, но и должен быть путем к эволюционной катастрофе. Во-первых, это неэффективный способ размножения... К тому же секс несет и другие издержки... По всем правилам, любая группа животных, развивающая половое размножение, должна быть быстро вытеснена бесполыми. И все же секс господствует... Почему секс пользуется успехом, несмотря на все его недостатки?»

Проблемы простираются еще глубже. Конечно, существует дополнительная загадка, связанная с тем, что гаметы (то есть половые клетки) подвергаются принципиально иному типу клеточного деления (мейозу, а не митозу). Мейоз подразумевает копирование только половины хромосомного материала. Подобно митозу (который происходит в соматических клетках), каждая хромосома дублируется, образуя две хроматиды. Однако, в отличие от митоза, гомологичные хромосомы также связаны между собой. Так, в начале мейоза каждая видимая «хромосома» содержит четыре хроматиды. При первом делении эти гомологичные хромосомы разделяются таким образом, что каждое дочернее ядро имеет ровно половину хромосомного числа. На этом этапе каждая из них представлена в виде двух копий (хроматид). Во время второго деления эти хроматиды разделяются таким образом, что в каждом новом ядре остается только одна копия. Для того чтобы половое размножение стало возможным, необходимо, чтобы процесс мейоза эволюционировал и уменьшил число хромосом вдвое. Причем эта способность должна проявляться только в гаметах, а не в соматических клетках. Эта сложность усугубляется множеством новых элементов, которые встречаются в мейозе, что делает его малообъяснимым с точки зрения единичных мутационных шагов.

К этому добавляется проблема взаимодополняемости мужчин и женщин – удивительный, на первый взгляд, случай коэволюции.

Попытки решения

В один и тот же день на прошлой неделе в научно-популярной прессе были опубликованы две статьи, предлагающие два разных (но полностью противоречащих друг другу) объяснения эволюционного происхождения полового размножения. Одна из этих статей вышла под заголовком: «Секс развился, чтобы предотвратить заражение паразитами, говорят ученые».¹ Статья начинается с признания проблем, которые я описал выше:

«Половое размножение с участием двух партнеров гораздо менее эффективно, чем самооплодотворение – по крайней мере, с точки зрения эволюции. Так почему же такие существа, как люди, вообще начали заниматься сексом друг с другом? Согласно новому исследованию, мы делали это, чтобы бороться с паразитами. Мы поговорили с исследователями, чтобы узнать, что это говорит о сексе».

Далее в статье рассказывается,

«Биологи из Университета Индианы нашли самые убедительные доказательства того, что эволюционной движущей силой полового размножения является необходимость избежать смерти от паразитов. Основная логика заключается в том, что если организм размножается бесполым путем, то генетическая вариативность его вида в целом постепенно сходит на нет, и возрастает вероятность того, что паразит, способный убить одного представителя вида, сможет нанести хаос всей популяции.

Таким образом, половое размножение служит способом внесения генетического разнообразия, и этот процесс должен постоянно повторяться, чтобы продолжать противостоять атакам самых новых и смертоносных паразитов. Это известно как "гипотеза Красной королевы", получившая свое название от строчки из романа Льюиса Кэрролла "Сквозь зазеркалье", где говорится: "Нужно бежать со всех ног, чтобы оставаться на одном и том же месте"».

Таким образом, утверждается, что очевидные недостатки полового размножения, описанные выше, компенсируются преимуществами, которые дает огромная генетическая гибкость, возникающая в результате перетасовки генов в процессе рекомбинации и оплодотворения. Это означает, что популяция находится в более выгодном положении, позволяющем ей легче адаптироваться к опасностям окружающей среды, таким как паразиты. Таким образом, виды, размножающиеся половым путем, получают значительное преимущество, а бесполые виды становятся более восприимчивыми к вымиранию.

Но вот в чем дело: факт этого очевидного преимущества НЕ объясняет, как вообще возникло половое размножение. Действительно, такая огромная генетическая гибкость выгодна только будущим поколениям, а не нынешней популяции. Но естественный отбор, будучи лишенным предвидения, не способен сохранять биологические явления ради их потенциальной пользы в будущем. Проблемы, которые я описал выше, – это сильные краткосрочные недостатки, которые должны были смягчить эволюцию полового размножения с самого начала! Более того, половое размножение – явление настолько сложное, что его эволюция путем мутаций крайне маловероятна и происходит достаточно часто, поэтому можно ожидать, что оно закрепится благодаря тому, что несколько организмов каким-то образом переживут эти очевидные недостатки. Более того, в последнее время эффективность гипотезы Красной королевы все чаще ставится под сомнение. Как отмечалось в одной из статей BBC в 2004 году, «чтобы эта теория работала, должно быть очень много паразитов, и они должны оказывать очень сильное воздействие».²

Как утверждает Джон Мейнард Смит в главе 12 своей книги «Теория эволюции»,

«Таким образом, мы приходим к выводу, что ранние этапы эволюции полового процесса происходили под воздействием селективных сил, совершенно отличных от тех, которые отвечают за поддержание и распространение половых процессов после их возникновения».

Вторая статья, опубликованная на сайте Science Daily, вышла под заголовком «Секс не способствует генетическим изменениям, утверждают исследователи» (Sex Is Not About Promoting Genetic Variation, Researchers Argue).³ В этой статье признаются проблемы с гипотезой, изложенной в предыдущей статье, и сообщается,

«Хенг и его коллега Рут Горелик, доктор философии, доцент Карлтонского университета в Канаде, предполагают, что, хотя разнообразие может быть результатом комбинации генов, основная функция полового размножения заключается не в том, чтобы способствовать разнообразию. Скорее, она заключается в том, чтобы сохранить геномный контекст – полный набор генов организма, расположенных по хромосомному составу и топологии – как можно более неизменным, тем самым сохраняя идентичность вида. Этот удивительный анализ был опубликован в качестве заглавной статьи в недавнем номере журнала Evolution.

"Если бы половое размножение служило только для увеличения генетического разнообразия, оно бы не возникло в первую очередь, – говорит Хенг. Это объясняется тем, что бесполое размножение, при котором для получения потомства требуется только один родитель, приводит к более высокому уровню генетического разнообразия, чем половое"».

Далее в статье задается вопрос,

«На самом деле, два миллиарда лет назад в биосфере Земли жизнь полагалась исключительно на бесполое размножение, и каждый организм был способен вынашивать потомство без дорогостоящей конкуренции за спаривание. Учитывая более быстрый и эффективный способ размножения бесполых видов, происхождение и поддержание секса – не самого приспособленного способа размножения « озадачивает ученых, которые уже несколько десятилетий задаются вопросом: "Почему половое размножение эволюционировало и сохранилось?"»

И какое же решение нам предлагают на этот раз?

«По мнению Хенга, скрытое преимущество полового размножения перед бесполым заключается в том, что оно сдерживает макроэволюцию – эволюцию на уровне генома, – позволяя сохранять индивидуальность вида. Другими словами, оно не позволяет "виду А" превратиться в "вид Б". В то же время оно позволяет микроэволюции – эволюции на генном уровне – адаптироваться членам вида к окружающей среде».

Именно так. Половое размножение развилось для того, чтобы ограничить возможность эволюции. Помимо того, что это все равно не дает ничего похожего на требуемое нам причинное объяснение (и не решает ни одной из проблем, которые я изложил ранее), тезис о том, что половое размножение развилось для того, чтобы предотвратить макроэволюцию, делает еще более неправдоподобными более великие утверждения эволюции о том, что все существующие виды являются продуктом предка с модификацией в результате случайных вариаций под воздействием отбора».

Половое размножение продолжает оставаться главной загадкой, королевой проблем в эволюционной биологии. Объяснение его происхождения с точки зрения эволюционного обоснования неизбежно обречено на провал. Как недавно заметил Дэвид Тайлер:

«Снова и снова дарвинисты заполняют пробелы в знаниях своими теоретическими моделями, но рано или поздно следующее поколение ученых поймет, что дарвинисты создали виртуальный мир, который не соответствует реальному миру, выявленному в ходе исследований».