Разделение полов осуществили... паразиты

Американские ученые выяснили, почему в свое время живые существа перешли от гермафродитизма к раздельнополости. Эксперименты с червем Caenorhabditis elegans показали, что гермафродиты хуже, чем раздельнополые особи, справляются с инфекционными заболеваниями. Получается, на две половинки живых существ разделили вовсе не боги, а… паразиты.

Фото: Фото: AP

Вы можете удивиться, однако вопрос о том, почему в ходе эволюции возник такой феномен, как раздельнополость, или, проще говоря, почему большинство животных и растений делятся на "самцов" и "самок", до сих пор не имеет однозначного ответа. Если поразмыслить, то подобное разделение вовсе не связано с переходом к половому размножению. Ведь подобное размножение могут осуществлять и гермафродиты — существа, имеющие в своем теле как мужскую, так и женскую половую систему (подобные растения называются "однодомными"). Причем, вопреки распространенному заблуждению, на самом деле гермафродиты практически никогда не спариваются "сами с собой", а осуществляют перекрестное оплодотворение, во время которого каждая особь попеременно ведет себя то как самец, то как самка.

Кроме того, быть гермафродитом выгоднее и по другой причине — при размножении каждая особь может производить потомство, то есть даже в идеальных условиях популяция, состоящая из "двуполых" особей увеличивает свою численность в два раза быстрее, чем таковая, состоящая из однополых (и, кстати, у гермафродитов отсутствует проблема поиска партнера — спариваться можно с любой другой особью того же вида). Получается, что гермафродиты должны были уже давно вытеснить раздельнополых живых существ с эволюционной арены. Но это лишь в теории. На практике картина получается совершенно другой.

Если посмотреть на большинство крупных групп животных и растений (в ранге типов и классов), то мы увидим, что гермафродиты встречаются лишь среди наиболее примитивных представителей этих таксонов. В более эволюционно продвинутых "группировках" их уже совсем нет. Хороший пример — хордовые животные, где гермафродиты присутствуют лишь среди самой низшей группы, оболочников (Tunicata), ну и временами встречаются "в рядах" костистых рыб (Teleostei), которые тоже достаточно примитивны. А вот среди высших представителей, то есть амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, в норме их нет вообще.

Читайте также: Самый голосистый поет детородным органом

Получается, что тенденция эволюционного развития живых существ — это переход от гермафродитизма к раздельнополости. Однако зачем им это надо? Почему нужно отказываться от всех выгод "двуполого" существования? Скорее всего, потому, что наряду с преимуществами, у гермафродитов, видимо, есть какие-то крупные недостатки. Однако какие же?

И вот недавно исследователи из Университета Индианы (США), похоже, смогли решить эту непростую задачу. Они предположили, что, видимо, раздельнополые особи лучше противостоят инфекционным заболеваниям и паразитарным атакам. В качестве экспериментальной проверки своей гипотезы они решили понаблюдать за изменениями "пола" хорошо известного всем биологам круглого червя Caenorhabditis elegans.

Данный представитель класса Nematoda, пожалуй, является самым изученным живым существом во всем мире. Ученые знают про него все, вплоть до молекулярного уровня организации, — что, в общем-то, не удивительно, ведь его длина не превышает одного миллиметра, а тело состоит всего-то из 1000 соматических и 1000-2000 половых клеток. Кроме того, как и большинство нематод, он практически полностью прозрачен, поэтому исследователям очень легко наблюдать работу его внутренних органов и даже отдельных клеток.

Нормальной средой обитания Caenorhabditis elegans является почва, а распространена данная нематода практически по всему миру. Эти круглые черви питаются в основном бактериями и никаким другим живым существам вреда не причиняют. То есть являются достаточно типичным почвенным нематодом. С одним исключением — у них весьма интересное распределение полов.

Фото: AP

Дело в том, что гермафродиты среди нематод достаточно редки. А вот среди Caenorhabditis elegans эти существа присутствуют в большом количестве. Однако у данной нематоды также есть и самцы. То есть получается, Caenorhabditis elegans имеет два пола, но они достаточно необычны — мужской и гермафродитный. Впрочем, некоторые зоологи считают, что гермафродитизм возник у этих животных вторично (тоже, кстати, достаточно редкое явление), и те, кто является "двуполой" особью, — на самом деле, просто видоизмененные самки, у которых при развитии появилась мужская половая система.

В то же время самок в чистом виде у Caenorhabditis elegans не наблюдается, хотя замечено, что когда в популяции много самцов, то гермафродиты играют лишь роль самок. А когда последних недостаточно, то им приходится, что называется, работать за двоих. Такое, кстати, бывает достаточно часто — несмотря на то, что наличие пола у данных нематод определяется генетически (у них имеется половая хромосома Х, следовательно, сочетание ХХ дает гермафродита, а Х0 — самца), при очень суровых условиях бывает так, что самцы вообще не появляются.

Итак, американские ученые решили проверить, как реагируют на инфекционные болезни гермафродиты и самцы Caenorhabditis elegans. В качестве болезнетворного агента была выбрана патогенная бактерия Serratia marcescens, которая активно поражает многих почвенных нематод, атакуя преимущественно именно половую систему. С этими видами было поставлено более 70 эволюционных экспериментов, чтобы выяснить, как сосуществуют червь и бактерия.

Результаты этих экспериментов были следующими — популяции, где самцов не было вообще, при долгом контакте с бактериями быстро вымирали, ибо патогенные микроорганизмы лишали их возможности к продолжению рода. Те же группы, где было достаточно много самцов, не только выживали, но и через какое-то время могли "задавить" инфекцию, причем чем больше было в группе самцов, тем короче был этот временной промежуток. Получается, что именно раздельнополая структура позволяла популяции червей выжить, поддерживая что-то вроде "вооруженного перемирия" между хозяином и паразитом, поскольку каждое следующее поколение было более устойчиво к патогену, что защищало популяцию от вымирания. И, что самое интересное, в каждом последующем подобном поколении самцов всегда было больше, чем в предыдущем.

Выходит, что именно наличие паразитов подтолкнуло нематод (и, возможно, всех остальных живых существ) к тому, чтобы уйти от гермафродитизма и перейти к раздельнополости. Но почему же раздельнополые существа оказались более устойчивыми к болезням, чем гермафродиты? Возможно, потому, что две системы организма — иммунная и половая — не участвуют в снабжении организма энергией через пищу (все остальные — нервная, покровная, пищеварительная, выделительная, дыхательная — принимают в этом самое деятельное участие). Однако добытую энергию клетки этих двух систем тратят, и причем в большом количестве. То есть являются как бы "нахлебниками", которых кормит весь остальной организм.

В случае гермафродитизма имеются две половые системы, то есть на них тратится в два раза больше энергии. Поэтому на иммунную систему остается немного. Но стоит уменьшить количество половых систем (а как мы помним, в присутствии самцов у гермафродитов Caenorhabditis elegans мужская половая система вообще перестает функционировать и тем самым тратить энергию), то иммунным клеткам остается больше энергии, и, следовательно, эффективность их работы повышается. Поэтому-то раздельнополые существа лучше справляются со всякими инфекциями.

Читайте также: Решения за нас принимают паразиты

В одной древней южноазиатской легенде говорится, что сначала боги создали людей гермафродитами, а потом, позавидовав их счастью, разделили каждого на две половинки (чтобы жизнь медом не казалась, видимо). Что же, теперь ученые выяснили, что это были за боги. Ими оказались паразиты и носители инфекций. Именно они повинны в том, что раздельнополые в конце концов выиграли эволюционную гонку…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"