Страница 14 из 21
Работу храповика Мюллера может сымитировать любой желающий, размножая на копире какой-нибудь документ. Если делать следующую копию не с оригинала, а с предыдущей, то качество будет падать с каждым прогоном. Вы сможете вернуть его только в том случае, если у вас хранится оригинал. Но если он хранится в одной папке с копиями, идущими в расход, а новые копии делаются только когда в папке остается одна бумажка, то оригинал пойдет в расход с той же вероятностью, что и любая копия. Как только он будет потерян, самая лучшая копия, какую вы сможете сделать, ухудшится. Зато если вы захотите специально ухудшить копию, проблем не будет: просто возьмите в качестве оригинала самую плохую.
Грэхэм Белл из университета МакГилла раскопал интересный спор, бушевавший среди биологов на рубеже XX века — о том, омолаживает ли половое размножение организм. Ученых интересовало, приходит ли популяция простейших, живущих в банке с достаточным количеством еды, но лишенных возможности размножаться половым путем, к постепенному уменьшению жизнеспособности, размера тела, скорости бесполого размножения — и если да, то почему? Заново проанализировав результаты экспериментов, Белл обнаружил яркие примеры работы храповика Мюллера: у бесполых простейших постепенно накапливаются вредные мутации. Процесс усугублялся особенностью взятых для эксперимента цилиат: они содержат гены, передающиеся потомкам при половом размножении, отдельно от копий этих же генов «для ежедневного пользования». Последние создаются копированием предыдущих версий «ежедневных наборов», которое у цилиат происходит поспешно и неаккуратно, и дефекты в них накапливаются особенно быстро. При половом размножении эти простейшие «выбрасывают» старые копии и делают новые — из оригинальных версий. Белл сравнивает цилиат с мебельщиком, каждый раз копирующим последний сделанный стул — вместе со всеми ошибками — и только иногда возвращающимся к первоначальной модели. Половой процесс, таким образом, действительно оказывает омолаживающий эффект. Он позволяет цилиатам периодически «выбрасывать» все накопленные ошибки{44}.
Белл сделал любопытное заключение. Если популяция мала (меньше 10 миллиардов) или число генов в геноме очень велико, то у бесполых организмов храповик работает на всю катушку: чем меньше популяция, тем проще потерять линию, в которой нет дефектов. Организмы с большими геномами и относительно малочисленными популяциями (вроде людей, популяция которых почти в два раза меньше этих самых 10 миллиардов) попадут в беду довольно быстро. А вот у тех, у кого генов мало, а численность высокая, все будет хорошо. Поэтому, по расчетам Белла, если ты хочешь быть большим (и, соответственно, малочисленным), половое размножение необходимо. И наоборот — половой процесс не нужен, если ты остаешься маленьким[23].
Белл рассчитал, как часто должно происходить половое размножение (или, точнее, рекомбинация), чтобы остановить эффект храповика: чем меньше геном, тем реже. Дафниям достаточно скрещиваться один раз за несколько поколений, а людям — в каждом. Более того, как предположил Джеймс Кроу из университета Висконсина в Мэдисоне, храповик Мюллера помогает объяснить, почему почкование является относительно редким способом репродукции (особенно у животных), и большинство видов — даже если размножается бесполо — все равно выращивает свое потомство из одной единственной клетки (яйца). Кроу считает, что в последней фатальные дефекты (если имеются) проявляются мгновенно, и она сразу выкидывается из популяции. Если же мутантный ген оказывается в одной из клеток почки, то она не обязательно вымрет и потому передаст вредный ген в следующее поколение{45}.
Если храповик является проблемой только для больших организмов, то почему у такого количества маленьких тоже есть половое размножение? И потом: чтобы спастись от действия этого эффекта, по идее, достаточно использовать такой вариант лишь периодически, не отказываясь от бесполого полностью. В 1982 году Алексей Кондрашов из Вычислительного центра в Пущино предложил теорию, которую можно назвать обратным храповиком Мюллера: когда особь бесполого вида умирает из-за вредной мутации, из популяции исчезает только одно изменение. У видов с половым размножением в результате рекомбинации некоторым особям перепадает много мутаций, другим — мало. Когда первые из них умирают, половое размножение заставляет храповик работать на очищение популяции от многих мутаций. Поскольку большинство новых изменений оказываются вредными, половое размножение как способ от них избавиться дает огромное преимущество{46}.
Но зачем очищать популяцию от мутаций таким способом, если можно избежать их при помощи более тщательной проверки на ошибки при копировании ДНК? Кондрашов предложил оригинальное объяснение. Цена совершенствования механизма проверки, по мере приближения к идеалу растет с огромной скоростью (в экономике это называется законом сокращающейся предельной отдачи). Допускать ошибки, но вычищать их половым размножением может оказаться дешевле.
Гарвардский молекулярный биолог Мэттью Мезельсон (Metthew Meselson) дополнил идею Кондрашова конкретными механизмами. «Обычные» мутации, меняющие одну букву на другую, чаще всего безвредны, поскольку их можно легко починить. Но инсерции — целые куски ДНК, которые в состоянии запрыгнуть в середину гена — не могут быть исправлены так же легко. Эти «эгоистичные инсерции» распространяются как инфекция, но защитой от них является половое размножение. Благодаря ему мутации оказываются в отдельных индивидах, чьи смерти вычищают эти изменения из популяций{47} [24].
Кондрашов готов к эмпирической проверке своей идеи. Он говорит, что, если скорость появления вредных мутаций окажется больше одной на человека за поколение, это будет подтверждать его теорию, если меньше — опровергнет ее. Пока все свидетельствует в пользу того, что у большинства живых организмов она колеблется на грани одной. Но даже если бы она была достаточно велика, это лишь доказало бы, что половой процесс действительно может играть роль в очистке популяции от мутаций, но не объяснило бы, почему он продолжает существовать{48}.
С теорией Кондрашова есть проблемы. Она не объясняет, почему бактерии, у одних видов которых половой процесс происходит редко, а у других не происходит вообще, меньше страдают от мутаций и меньше ошибаются при копировании ДНК. Как сказал один из оппонентов Кондрашова, половой процесс «слишком громоздок и своеобразен, чтобы возникнуть всего лишь для решения задач домашнего хозяйства»{49}.
Кроме того, теория Кондрашова обладает тем же самым дефектом, что и все остальные: она работает слишком медленно. Столкнувшись с клоном бесполых особей, популяция с половым размножением должна неминуемо вымереть из-за большей продуктивности клона — если только его генетические недостатки не проявятся раньше. Кертис Лайвели (Curtis Lively) из университета Индианы рассчитал, что при двойном преимуществе бесполых форм с каждым 10-кратным увеличением популяции половое размножение просуществует на шесть поколений дольше, а затем все равно исчезнет. Если индивидов миллион, прежде чем исчезнуть, оно будет использоваться 40 поколениями; если особей миллиард — 80–10. Между тем, все репарационные теории требуют тысяч поколений, чтобы сработали соответствующие эффекты. Теория Кондрашова, конечно, действует быстрее, но, видимо, все равно недостаточно шустро{50} [25].
23
Недавно было показано, что храповик Мюллера работает и у вирусов (см. Chao 1992). — Примеч. авт.
24
Согласно современным данным, замены одной буквы на другую в общем случае нельзя назвать менее вредными, чем инсерции. Чтобы в этом убедиться, достаточно выбрать несколько хорошо изученных генетических заболеваний и посмотреть на списки мутаций, которые их вызывают. При этом известно достаточно много безвредных инсерций.
25
Как мы выяснили (см. сноску 16), в момент возникновения полового размножения двукратного преимущества бесполых форм, о котором говорит автор, в действительности не существовало. Автор отвергает и «теорию полезных мутаций» (половой процесс как механизм обмена «полезными изобретениями»), и «храповик Мюллера» (вместе с кондрашовской идеей) только на основании этого якобы имевшегося двойного преимущества. Мы предлагаем читателю не следовать его примеру и оставить эти теории в списке возможных объяснений возникновения полового размножения.