Походження організмів, що розмножуються статевим шляхом, від безстатевих предків – глибока загадка, яка спантеличила багатьох еволюційних біологів. Походження й подальше збереження статевого розмноження та рекомбінації – це явище, яке нелегко пояснити за допомогою дарвінівської еволюції. Дійсно, є кілька суттєвих, добре відомих причин, через які походження статі є серйозною проблемою для традиційних еволюційних пояснень. Грем Белл описав цю дилему в своїй книзі «Шедевр природи: Еволюція генетики та сексуальності»:

«Статеве розмноження – королева проблем в еволюційній біології. Мабуть, жодне інше природне явище не викликало такого інтересу й вже точно не сіяло стільки плутанини. Прозріння Дарвіна й Менделя, що висвітлили стільки таємниць, досі не змогли пролити більш ніж тьмяне й мерехтливе світло на центральну загадку сексуальності, підкреслюючи її неясність самою своєю ізольованістю».

В чому полягають проблеми?

Існує кілька причин, через які походження сексу є проблемою. Перш за все, це нераціональне використання ресурсів для виробництва самців. Якщо припустити, що у самки, яка розмножується статевим шляхом, народжується однакова кількість чоловічого й жіночого потомства, то тільки половина нащадків зможе мати ще потомство (на відміну від нестатевих видів, все потомство яких може згодом розмножуватися). Таким чином, можна очікувати, що безстатева особина розмножуватиметься в середньому вдвічі швидше, ніж особина з певною статтю. 

З огляду на несприятливі умови, з якими стикаються види, що розмножуються статевим шляхом, можна очікувати, що вони будуть швидко витіснені нестатевими видами. Окрім того, слід враховувати, що, на відміну від нестатевих видів, самки видів, які статево розмножуються, зберігають тільки половину свого успішного генотипу. Тому перехід від нестатевого до статевого розмноження – це, по суті, азартна гра з 50% свого успішного генотипу. З огляду на те, що вся мета природного добору полягає в збереженні організмів, які передають свої успішні гени, це завдає удару в саме серце еволюційного обґрунтування.

У цих дилемах немає нічого нового. В своїй книзі «Еволюція: Тріумф ідеї» Карл Циммер визнає ці проблеми:

«Секс не тільки не потрібен, а й має бути шляхом до еволюційної катастрофи. По-перше, це неефективний спосіб розмноження... До того ж секс несе й інші витрати... За всіма правилами, будь-яка група тварин, що розвиває статеве розмноження, має бути швидко витіснена безстатевими. І все ж секс панує... Чому секс користується успіхом, незважаючи на всі його недоліки?»

Проблеми простягаються ще глибше. Звичайно, існує додаткова загадка, пов'язана з тим, що гамети (тобто статеві клітини) піддаються принципово іншому типу клітинного поділу (мейозу, а не мітозу). Мейоз передбачає копіювання тільки половини хромосомного матеріалу. Подібно до мітозу (який відбувається в соматичних клітинах), кожна хромосома дублюється, утворюючи дві хроматиди. Однак, на відміну від мітозу, гомологічні хромосоми також пов'язані між собою. Так, на початку мейозу кожна видима «хромосома» містить чотири хроматиди. Під час першого поділу ці гомологічні хромосоми поділяються таким чином, що кожне дочірнє ядро має рівно половину хромосомного числа. На цьому етапі кожна з них представлена у вигляді двох копій (хроматид). Під час другого поділу ці хроматиди розділяються таким чином, що в кожному новому ядрі залишається тільки одна копія. Для того щоб статеве розмноження стало можливим, необхідно, щоб процес мейозу еволюціонував і зменшив число хромосом вдвічі. Причому ця здатність повинна проявлятися тільки в гаметах, а не в соматичних клітинах. Ця складність посилюється безліччю нових елементів, які трапляються в мейозі, що робить його малопояснюваним з погляду одиничних мутаційних кроків.

До цього додається проблема взаємодоповнюваності чоловіків і жінок – дивовижний, на перший погляд, випадок коеволюції.

Спроби вирішення

В один і той самий день минулого тижня в науково-популярній пресі було опубліковано дві статті, які пропонують два різних (але таких, що повністю суперечать одне одному) пояснення еволюційного походження статевого розмноження. Одна з цих статей вийшла під заголовком: «Секс розвинувся, щоб запобігти зараженню паразитами, кажуть вчені».¹ Стаття починається з визнання проблем, які я описав вище:

«Статеве розмноження за участю двох партнерів набагато менш ефективне, ніж самозапліднення – принаймні з точки зору еволюції. То чому ж такі істоти, як люди, взагалі почали займатися сексом одне з одним? Згідно з новим дослідженням, ми робили це, щоб боротися з паразитами. Ми поговорили з дослідниками, щоб дізнатися, що це говорить про секс».

Далі в статті розповідається,

«Біологи з Університету Індіани знайшли найпереконливіші докази того, що еволюційною рушійною силою статевого розмноження є необхідність уникнути смерті від паразитів. Основна логіка полягає в тому, що якщо організм розмножується безстатевим шляхом, то генетична варіативність його виду загалом поступово сходить нанівець, й зростає ймовірність того, що паразит, здатний вбити одного представника виду, зможе завдати хаосу всій популяції.

Таким чином, статеве розмноження слугує способом внесення генетичної різноманітності, й цей процес має постійно повторюватися, щоб продовжувати протистояти атакам найновіших й найсмертоносніших паразитів. Це відомо як "гіпотеза Червоної королеви", що отримала свою назву від рядка з роману Льюїса Керролла "Крізь задзеркалля", де говориться: "Потрібно бігти щодуху, щоб залишатися на одному й тому самому місці"».

Таким чином, стверджується, що очевидні недоліки статевого розмноження, описані вище, компенсуються перевагами, які дає величезна генетична гнучкість, що виникає в результаті перетасування генів в процесі рекомбінації та запліднення. Це означає, що популяція перебуває у вигіднішому становищі, що дає їй змогу легше адаптуватися до небезпек навколишнього середовища, таких як паразити. Таким чином, види, що розмножуються статевим шляхом, отримують значну перевагу, а безстатеві види стають більш сприйнятливими до вимирання.

Але ось в чому річ: факт цієї очевидної переваги НЕ пояснює, як взагалі виникло статеве розмноження. Дійсно, така величезна генетична гнучкість вигідна тільки майбутнім поколінням, а не нинішній популяції. Але природний добір, будучи позбавленим передбачення, не здатний зберігати біологічні явища заради їхньої потенційної користі в майбутньому. Проблеми, які я описав вище, – це сильні короткострокові недоліки, що мали б пом'якшити еволюцію статевого розмноження з самого початку! Ба більше, статеве розмноження – явище настільки складне, що його еволюція через мутації вкрай малоймовірна й відбувається досить часто, тож можна очікувати, що воно закріпиться завдяки тому, що кілька організмів якимось чином переживуть ці очевидні недоліки. Ба більше, останнім часом ефективність гіпотези Червоної королеви все частіше ставиться під сумнів. Як зазначалося в одній зі статей BBC 2004 року, «щоб ця теорія працювала, має бути дуже багато паразитів, й вони повинні чинити дуже сильний вплив».²

Як стверджує Джон Мейнард Сміт в розділі 12 своєї книги «Теорія еволюції»,

«Таким чином, ми доходимо висновку, що ранні етапи еволюції статевого процесу відбувалися під впливом селективних сил, абсолютно відмінних від тих, які відповідають за підтримання й поширення статевих процесів після їх виникнення».

Друга стаття, опублікована на сайті Science Daily, вийшла під заголовком «Секс не сприяє генетичним змінам, стверджують дослідники» (Sex Is Not About Promoting Genetic Variation, Researchers Argue).³ В цій статті визнають проблеми з гіпотезою, викладеною в попередній статті, й повідомляють,

«Хенг і його колега Рут Горелік, доктор філософії, доцент Карлтонського університету в Канаді, припускають, що, хоча різноманітність може бути результатом комбінації генів, основна функція статевого розмноження полягає не в тому, щоб сприяти різноманітності. Швидше, вона полягає в тому, щоб зберегти геномний контекст – повний набір генів організму, розташованих за хромосомним складом й топологією, – якомога незміннішим, тим самим зберігаючи ідентичність виду. Цей дивовижний аналіз був опублікований як заголовна стаття в недавньому номері журналу Evolution.

"Якби статеве розмноження слугувало тільки для збільшення генетичної різноманітності, воно б не виникло насамперед, – каже Хенг. Це пояснюється тим, що безстатеве розмноження, за якого для отримання потомства потрібна тільки одна особина, призводить до більш високого рівня генетичної різноманітності, ніж статеве"».

Далі в статті ставиться запитання,

«Насправді, два мільярди років тому в біосфері Землі життя покладалося винятково на безстатеве розмноження, й кожен організм був здатний виношувати потомство без дороговартісної конкуренції за спаровування. З огляду на швидший та ефективніший спосіб розмноження нестатевих видів, походження та підтримання сексу – не найпристосованішого способу розмноження – спантеличує вчених, які вже кілька десятиліть ставлять собі запитання: "Чому статеве розмноження еволюціонувало й збереглося?"»

яке ж рішення нам пропонують цього разу?

«На думку Хенга, прихована перевага статевого розмноження перед безстатевим полягає в тому, що воно стримує макроеволюцію – еволюцію на рівні геному, – даючи змогу зберігати індивідуальність виду. Іншими словами, воно не дозволяє "виду А" перетворитися на "вид Б". Водночас воно дозволяє мікроеволюції – еволюції на генному рівні – адаптуватися членам виду до навколишнього середовища».

Саме так. Статеве розмноження розвинулося для того, щоб обмежити можливість еволюції. Окрім того, що це все одно не дає нічого схожого на потрібне нам причинне пояснення (і не розв'язує жодної з проблем, які я виклав раніше), теза про те, що статеве розмноження розвинулося для того, щоб запобігти макроеволюції, робить ще більш неправдоподібними більші твердження еволюції про те, що всі наявні види є продуктом предка з модифікацією внаслідок випадкових варіацій під впливом добору.

Статеве розмноження продовжує залишатися головною загадкою, королевою проблем в еволюційній біології. Пояснення його походження з точки зору еволюційного обґрунтування неминуче приречене на провал. Як нещодавно зауважив Девід Тайлер:

«Знову й знову дарвіністи заповнюють прогалини в знаннях своїми теоретичними моделями, але рано чи пізно наступне покоління вчених зрозуміє, що дарвіністи створили віртуальний світ, який не відповідає реальному світу, виявленому в ході досліджень».