Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексей Алексенко
К счастью, подавляющее большинство живых тварей совсем не таковы: вместо стройности и логики мы видим нагромождение странностей, выдающее полное отсутствие плана и перепады настроений у прораба. Сейчас мы по очереди разберем несколько примеров, когда хромосомное определение пола так или иначе дает сбой или просто выглядит странновато. Но в этих странностях, как было сказано, есть своя прелесть: по ним можно судить о творческих методах эволюции.
Итак, на авансцену выходит белошейная зонотрихия Zonotrichia albicollis, она же белогорлый воробей, она же воробьиная овсянка, она же белогорлый подорожниковый вьюрок. Одним словом, маленькая певчая птичка, обитающая в Канаде, а на зиму перелетающая в США вплоть до Флориды и Техаса. Сразу придется сделать отступление и рассказать, как недавно зонотрихия наделала шуму в прессе. Дело в том, что канадские патриоты всегда гордились своим воробьем, поскольку он, как они думали, воспевал их родную страну в песне. В этой мелодии им отчетливо слышались слова: «O-oh, sweet Canada, Canada». Любознательные читатели могут послушать этот мотив сами (https://ebird.org/species/whtspa/CA-ON) и согласиться с канадцами или оспорить их трактовку. Впрочем, франкофонные жители Квебека слышат в песне воробья совсем другое, более соответствующее жанру брачного призыва, каковым эта песня и является: «Ou es-tu, Frederique, Frederique?!»
Как бы то ни было, с начала ХХI века зонотрихии все чаще стали петь по-другому, заканчивая песню не тремя, а двумя короткими нотами. Получалось «sweet Cana» или даже «sweet Texas», что, конечно, больно ранило нежные канадские сердца. Оказалось, что моду на новую песню принесли зонотрихии с запада континента, из-за Скалистых гор, с которыми восточные зонотрихии встречались на зимовке. Песня с двумя финальными нотами понравилась самкам и начала триумфально распространяться. Если дело и дальше пойдет такими темпами, лет через десять весенними рассветами уже никто не будет воспевать своим щебетом милую Канаду. А возможно, воробьиная мода, сделав виток, вернется к проверенной временем классике.
Эта история тоже имеет отношение к половому размножению, точнее, к половому отбору, но мы вспомнили о зонотрихии не из-за нее. И тем более не из-за странной способности воробьиной овсянки не спать во время перелетов по много-много суток (как видим, птичке есть чем гордиться, кроме своих половых причуд). Зонотрихия пришла в наше повествование как пример редкого эволюционного процесса, когда пара хромосом, служившая в качестве половых, на наших глазах, возможно, пытается передать свои функции другой паре. Именно такую гипотезу выдвинула Элейна Татл (Elaina Tuttle), посвятившая белогорлому воробью четверть века своей научной карьеры и безвременно скончавшаяся от рака в 2016 году, сразу после публикации своей самой звездной статьи.
Элейну заинтриговало следующее обстоятельство: есть две разновидности зонотрихий, которые различаются, во-первых, окраской, а во-вторых, половым поведением. У первой разновидности на голове есть яркие белые полоски. Самцы с такими полосками поют громко и много и вообще очень активны в поисках самок. Однако, когда доходит до семейной жизни, они оказываются весьма безалаберными и нередко покидают своих птенцов, оставляя их на попечение матери. Впрочем, белые полоски бывают и на головах самок, и такие дамочки также не отличаются постоянством в любви и прилежанием в материнстве.
У других зонотрихий полоски на голове бежевые. Самцы с таким украшением куда менее склонны к донжуанству, зато отличаются абсолютной преданностью родному гнезду и детям. Самки с бежевыми полосками тоже домовиты и чадолюбивы.
Кто-то может подумать, что если самец и самка с бежевыми полосками встретятся, то у них-то и возникнет идеальная семья, где все яйца хорошо высижены, а птенцы живы, сыты и поголовно достигают птичьей зрелости. Зато уж у белополосых самца и самки – сплошная свободная любовь, свинг и обездоленные дети. Но нет! Самки с бежевыми полосками вообще не смотрят на самцов своего типа окраски: им подавай белоголовых распутников. И наоборот, белоголовые самки-вертихвостки все как одна отдают предпочтение самцам с бежевыми полосками на голове, славным своей добродетелью.
Доктор Татл начинала свое исследование в конце 1980-х, когда и речи не было о том, чтобы расшифровывать геномы каких-то не слишком важных для человечества птах. Но Элейна проводила каждое лето на Клюквенном озере в штате Онтарио, неподалеку от границы с США, где лично вникала в интимную жизнь зонотрихий. Иногда приходилось и грубо вмешиваться в нее по праву исследователя: так, доктор Татл стала, наверное, единственным в мире зоологом, освоившим технику забора спермы у самца воробьиной овсянки.
Вскоре Элейна Татл убедилась, что предположения верны: зонотрихии с белыми полосками и зонотрихии с бежевыми полосками практически никогда не образуют пары с себе подобными. Можно пофантазировать, чем такое свойство могло бы понравиться естественному отбору: пары птиц-распутников наверняка не достигали бы желаемого успеха в выращивании птенцов, а добродетельные, но застенчивые зонотрихии могли иметь сложности на стадии знакомства и флирта. На самом деле это никому не известно, но и не так уж удивительно. По-настоящему интригующий момент в другом.
Распутство или верность домашнему очагу – это стратегии размножения, а полоски на голове – признаки, по которым об этих стратегиях могут судить соплеменники. В наших прошлых беседах мы пришли к тому, что само существование двух, и именно двух, полов – следствие разделения таких стратегий на взаимно дополняющие противоположности. Другими словами, и сами полоски, и повадки их носителей – это вроде бы признаки пола. Когда мы рассуждали о принципе Бейтмана, о стратегиях «принцесс» и «профурсеток», то без всяких объяснений предполагали, что все это неразрывно связано с полом. У зонотрихии же все по-другому: половое поведение и сам пол как-то перпендикулярны друг другу.
Ясно, что «цвет полосок на голове», «верность партнеру» и «склонность к выбору партнера с определенным цветом полосок на голове» – это все совершенно разные вещи и уж никак не могут определяться одним геном. Генов, видимо, несколько. Тем не менее зонотрихии бывают только двух разновидностей, то есть признаки окраски и поведения никогда не перемешиваются – гены не рекомбинируют. Такое, как мы понимаем, бывает с половыми хромосомами, и там это важно, потому что признаки разных полов перемешивать никак нельзя. Но у белогорлого воробья обычные два пола тоже есть, и они-то как раз легко тасуются и с окраской, и с поведением!
Ситуация выглядит так, как будто у этих птичек есть обычные два пола – скажем, М и Ж, задаваемые половыми хромосомами, – у птиц это ZZ или ZW соответственно. А еще есть два «альтернативных пола», назовем их А и Б, задаваемые непонятно чем, но чем-то, тоже удивительно напоминающим половые хромосомы. И спариваться между собой могут только те, кто различается между собой по каждой из этих пар.
На самом деле ради связности изложения пришлось немного слукавить и не упомянуть, что хромосомные различия зонотрихий с белыми и бежевыми полосками были известны очень давно, задолго до того, как Элейна Татл пришла в эту историю. Эти различия – во второй паре обычных, неполовых хромосом, то есть аутосом. Именно там было обнаружено то, что генетики называют инверсией: довольно большой кусок хромосомы был перевернут задом наперед. Элейна Татл выполнила весьма подробный анализ этого куска, который она назвала «супергеном» (в генетике таким словом называются большие фрагменты генома, влияющие на несколько разных признаков, но ведущие себя в скрещиваниях как один ген). Оказалось, что в перевернутом куске действительно содержатся в том числе и гены окраски.
Надо полагать, инверсия такого большого куска хромосомы оказалась не слишком удачным приобретением. По крайней мере, Элейна Татл никогда не видела птичек, у которых были инверсии в обеих хромосомах II пары – видимо, они не жильцы. У птиц с белыми полосками на голове инверсия есть только в одной из двух хромосом II пары. А у птиц с бежевыми полосками обе хромосомы одинаковы, без инверсии. Поскольку самец с белыми полосками (с инверсией в одной хромосоме II пары) всегда спаривается с самкой с бежевыми полосками (с одинаковыми хромосомами II пары), потомство всегда состоит из половины белополосых птенцов и половины бежевополосых. И конечно, из половины яиц вылупляются самки, из половины самцы. Но вот только эти два свойства перемешаны у них случайным образом. При этом благодаря разборчивости зонотрихий в выборе партнера две хромосомы с инверсиями никогда не встречаются в одном геноме, что, несомненно, полезно для вида.
Чтобы обосновать свои выводы, Элейна Татл дождалась того золотого времени, когда
