Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексей Алексенко
Глава двадцать вторая, часть которой вообще-то написал Борис Жуков
Теория Геодакяна
В быту мы часто оцениваем собеседника по самой нелепой фразе, которую он произнесет. Если, к примеру, ваш знакомый решает в уме дифференциальные уравнения в частных производных и прочел всего Данте Алигьери на языке оригинала, но при этом имеет привычку постоянно украшать свою речь цитатами из известного фильма про заливную рыбу или ботиночки на тонкой подошве, то на него будут смотреть с тоской и недоумением. В науке все по-другому: ученые готовы выловить из моря околесицы, которую несет их коллега, какую-то действительно ценную идею, а все остальное милосердно проигнорировать. Хрестоматийный пример – американский биолог Линн Маргулис (1938–2011), придумавшая симбиотическую теорию происхождения эукариот. Кроме этой блестящей теории, революционизировавшей биологию, она наговорила и написала много странного, но никто ее за это не упрекает: история, как говорится, расставила все по местам.
Однако бывает и так, что расставлять все по местам истории лень или просто некогда. В этом случае про ученого нередко говорят, что он автор «спорных идей». Это может показаться обидным, но взглянем на ситуацию с другой стороны: ничто из придуманного вами не пропало, ваши идеи помнят, и, если через век или два вы окажетесь в чем-то правы, статья в «Википедии» будет надлежащим образом исправлена. Примерно такой оказалась научная судьба российского генетика Вигена Геодакяна (1925–2012), предложившего в 1960-х гг. собственную теорию пола. На его семинары собирался весь цвет отечественной биологической науки, а студенты и аспиранты пожирали мэтра влюбленными глазами. Еще бы: его теория объясняла не кое-что, а практически всё и сразу. А потом, увы, чары развеивались: тут и там выяснялось, что идеи Геодакяна не очень-то подтверждаются фактами.
Если говорить совсем уж кратко, то основная мысль такова: разделение на два пола необходимо для того, чтобы выгодами естественного отбора пользовался вид как целое, а расплачивались за отбор только самцы. В одной из глав мы упоминали о теореме Холдейна – Мёллера, из которой следует жестокий закон: «Одна мутация – одна смерть». Это значит, что для удаления вредной мутации из генофонда кто-то должен умереть, не оставив потомства. При этом смертью караются не только летальные, но и вообще любые мутации: просто, если мутация слабовредная, казнь происходит не сразу, а, возможно, с отсрочкой в несколько поколений. Если мутаций много, плата за них может оказаться неподъемной для популяции. И вот подумайте, как это удобно: выделить группу особей, чьей основной задачей как раз и будет оплачивать своими жизнями разные мутации. А остальные возьмут на себя важную работу размножения.
Другими словами: делим всех на два пола, при этом самки хранят репродуктивный потенциал, а самцы подвергаются жесточайшему отбору. Никто о них не плачет, потому что для размножения столько самцов и не нужно: сто самок и десять самцов морского льва оставят столько же потомства, сколько оставили бы сто самок и сто самцов. Скорость размножения не пострадала, а отбор тем не менее получил причитающуюся ему плату: вредные мутации удалены, полезные проверены в деле и поступили в общее распоряжение биологического вида.
Идея красивая, и, если она вам нравится, вы легко найдете факты, которые не то чтобы подтверждают ее, а скорее выгодно подсвечивают. Например, у самцов млекопитающих всего одна Х-хромосома, что очень удобно, если вы хотите проверить в деле гены, которые на этой хромосоме расположены, и отбраковать негодные (то есть обремененные вредными рецессивными мутациями). У самок Х-хромосом две, и рецессивные мутации в них могут некоторое время существовать, не причиняя самкам никакого вреда, – пока такая хромосома не попадет в самца и не будет подвергнута проверке. А у некоторых насекомых, например перепончатокрылых, самцы вообще гаплоидны. Как будто специально, чтобы лишить новые мутации подстраховки со стороны гомологичной хромосомы и проэкзаменовать их самым жестким образом.
Этот механизм выглядит настолько изящным, что даже непонятно, почему все живое на Земле не перешло на способ определения пола, при котором самцы гаплоидны. И почему, кстати, у значительной доли живых существ пол определяется системой ZW, при которой неспаренная хромосома есть как раз не у самца, а у самки.
Но это мелочи: все гипотезы о происхождении пола можно при желании закидать десятками контрпримеров, потому что природа многообразна. Главная проблема геодакяновской теории в том, что в ней не предусмотрен никакой эволюционный механизм, который мог бы создать разделение на «пол первопроходцев» и «пол хранителей». Мы уже сталкивались с такой ситуацией: если что-то выглядит очень логичным, правильным и полезным для земной жизни или одного биологического вида, это совершенно не значит, что естественный отбор должен подталкивать эволюцию в данном направлении. Другими словами, теория Геодакяна критически зависит от все того же группового отбора. Этот отбор то ли есть, то ли его нет, но в конце XX века любая научная гипотеза, на него опирающаяся, рассматривалась научным сообществом с огромным подозрением. Не помогло этой теории и то, что Виген Артаваздович пользовался весьма своеобразным концептуальным аппаратом, в котором значительное место занимала модная в 1960-х кибернетика, зато почти совсем не было ни молекулярной биологии, ни уравнений популяционной генетики. Тем, кто хочет вникнуть в его идеи максимально глубоко, можно порекомендовать книгу «Два пола. Зачем и почему? Эволюционная теория пола», составленную сыном профессора Геодакяна и группой его учеников.
Передо мной в этой главе стояла сложная задача: отдать должное научной проницательности этого яркого ученого, но одновременно не ввести читателей в заблуждение и главным образом не приумножить число невежественных конспирологов, для которых самое важное в геодакяновских идеях – это тот факт, что официальная наука их высокомерно отвергла, потому что именно так всегда бывает с настоящими революционными теориями вроде планеты Нибиру или молекулярной памяти воды. Надо признать, такая задача оказалась мне не по силам. Все, что мне оставалось делать, – это восполнить свою беспомощность пространной цитатой из замечательного биолога-популяризатора Бориса Жукова, который по моей просьбе написал для портала «Сноб» статью о теории пола профессора Геодакяна.
Геодакян подошел к эволюции как к абстрактной кибернетической задаче. Вот у нас есть некая система, основная цель которой – максимально сохранить свою структуру, зафиксированную в геноме. Но она существует в среде, которая постоянно изменяется, создавая нашей системе всё новые угрозы и вызовы. Чтобы не разрушиться, система должна изменяться соответственно требованиям среды, но при этом она не способна предвидеть ни изменения самой среды, ни сколько-нибудь отдаленные последствия собственных изменений. В такой ситуации один из возможных способов минимизировать риски – это разделиться на две подсистемы. Одна будет подвергаться всем вызовам среды и обладать повышенной изменчивостью. Изменения, конечно, будут случайными, и в большинстве случаев совершенно бесполезными, но есть надежда, что среди них найдутся и такие, которые позволят справиться с вызовами среды. Другая же часть будет менее изменчивой и, насколько возможно, ограждена от непосредственного контакта с неблагоприятными факторами среды. Ее задача – сохранять уже накопленную информацию. При этом первая подсистема будет постоянно передавать второй те изменения, которые окажутся удачными. Однако их включение в корпус информации, хранимый второй подсистемой, будет достаточно длительным. Так что, если вдруг окажется, что какое-то новшество полезно в краткосрочной перспективе, но губительно в более отдаленном будущем, у системы в целом есть шанс отыграть назад.
Вот такими двумя подсистемами, по мысли Геодакяна, и являются два пола. Самцы – это разведчики, авангард эволюционирующего вида и его расходный материал. Они отвечают на вызовы среды, они ищут новые возможности, и они же расплачиваются за неудачные находки, снимая это бремя с самок – хранительниц генофонда вида.
В таком изложении это звучит абстрактно и даже несколько отдает натурфилософией. Но из гипотезы Геодакяна следуют утверждения, которые могут быть проверены. Если все обстоит так, то у самцов должно возникать больше мутаций, чем у самок. У них должна быть более узкая норма реакции – иными словами, возможности изменения того или иного внешнего признака без изменения генома (за счет тренировок, физиологической адаптации и т. д.) у них должны быть меньше. Они должны быть более склонны к миграциям, к новым формам поведения (скажем, к употреблению новых кормов), к любого рода отклонениям от видовой нормы. Наконец, половой диморфизм по какому-то признаку (т. е. ситуация, когда
