Паразит - царь природы. Тайный мир самых опасных существ на Земле - Карл Циммер

Когда Лайвли заинтересовался тайной секса, в науке было всего несколько гипотез, которые хоть как-то объясняли его существование. Самые распространенные из них были известны как гипотеза лотереи и гипотеза густо поросшего берега. Согласно гипотезе лотереи, половой способ размножения помогает выжить в нестабильных условиях. Так, линия клонов может неплохо жить в одном и том же лесу, но что если на месте этого леса через несколько столетий будет прерия? Половое размножение порождает вариации, которые, возможно, помогут виду выжить в изменившихся условиях.

С другой стороны, гипотеза густо поросшего берега утверждает, что при половом способе размножения детеныши лучше подготовлены к существованию в сложном мире. В любой среде — на приливной равнине, в лесной подстилке, возле глубоководных гидротермальных источников — пространство разделено на отдельные ниши, в которых для выживания требуются разные умения. Клон, приспособленный к существованию в одной нише, может породить отпрысков, способных жить только в этой нише. А половой способ размножения перемешивает карты в генетической колоде и сдает их потомству случайным образом.

— Речь здесь в основном о том, что потомство может распределиться по разным нишам и пользоваться разными ресурсами, — говорит Лайвли. — Братьям и сестрам придется меньше конкурировать друг с другом за пищу, и шансы матери стать бабушкой тоже вырастут. В теории эта гипотеза могла бы работать, но на практике это маловероятно. Чтобы она сработала, детеныши, получившие разные гены, должны были бы слишком сильно различаться. Тем не менее на тот момент это была доминирующая гипотеза происхождения полов.

Лайвли оказался в 1985 г. в Новой Зеландии потому, что его жена Линда Делф хотела изучать эволюционную биологию в Университете Кентербери. Лайвли получил там же место исследователя. Его интересовало, нельзя ли будет в Новой Зеландии проверить разные гипотезы происхождения полов. В эволюционной биологии идеи появляются быстро и легко, но часто оказываются совершенно непроверяемыми. Для проверки теорий происхождения полов Лайвли нужно было подобрать подходящие виды. Ясно было, что для подобных экспериментов необходима смесь половых и бесполых организмов. К примеру, у некоторых видов животных рядом с клонами живут самцы и самки. Другие виды являются гермафродитами и могут выбирать — оплодотворять свои яйца самостоятельно или спариться с другой особью. Только у подобных животных можно отслеживать эволюционные процессы поколение за поколением и сравнивать успехи половых и бесполых организмов.

— Если имеешь дело с видом, который размножается только половым путем, — говорит Лайвли, — трудно понять, какое эволюционное решение пошло бы на пользу асексуальным клонам, а какое нет. Но если в вашей системе присутствуют и те, и другие, появляется база для сравнения.

Он не мог проверить мысль о преобладании полового способа размножения, скажем, на людях, поскольку мы размножаемся исключительно таким образом. Не существует ни одного затерянного племени, где люди могли бы размножаться естественным клонированием. В нашей эволюционной линии состязание между половыми и бесполыми организмами закончилось сотни миллионов лет назад.

Лайвли повезло. В Новой Зеландии обитает улитка, которая точно подошла под все его требования. Улитка Potamopyrgus antipodarum размером в четверть дюйма населяет большую часть озер, рек и ручьев этой страны. Причем если большую часть ее популяций составляют идентичные клоны — продукт партеногенеза, то некоторые популяции состоят из мужских и женских форм, которые размножаются половым путем.

Лайвли решил проверить, влияет ли среда обитания улиток на способ размножения, которым они пользуются. Он рассудил так: в ручьях и небольших реках часто меняется уровень воды, тогда как озеро — спокойная и стабильная среда обитания. Согласно гипотезе лотереи, половой способ размножения больше нужен речным улиткам, ведь им нужно выживать в нестабильных условиях. А по гипотезе густо поросшего леса в озерах конкуренция выше и соответственно польза от распределения по разным нишам — больше, поэтому на самцов должен быть хороший спрос.

Лайвли поехал к высокогорным озерам и наловил там улиток. Чтобы определить пол, он ломал раковину, вскрывал улитку и искал за правым щупальцем пенис. Однако заглянув в первую же улитку, он был поражен — она была плотно набита чем-то, что показалось ему похожим на гигантские спермии.

— К несчастью для себя, я показал эти штуки одному из паразитологов в университете, и тот сказал: «Ты идиот. Это не спермии, а черви».

Тот паразитолог объяснил Лайвли, что это трематоды, которые кастрируют своих хозяев-улиток, размножаются в них, а затем перебираются в окончательного хозяина — утку. В одних местах, сказал он, улитки поражены трематодами, в других нет.

Но Лайвли без труда забыл пережитое унижение, поскольку сообразил, что паразиты позволят ему проверить третью гипотезу: предположение о том, что существованием полов мы обязаны паразитам. Мысль об этом высказывалась неоднократно разными учеными и в разных формах, но наиболее полно эту версию изложил в 1980 г. биолог Оксфордского университета Уильям Хэмилтон. Хэмилтон утверждал, что при столкновении с принципом Черной Королевы половой способ размножения лучше помогает хозяину противостоять паразитам, чем клонирование.

Рассмотрим стайку амеб, которые размножаются простым клонированием и разделены на десять генетически различных линий. Предположим, этих амеб поражает некая бактерия, и начинается гонка Черной Королевы. У бактерии есть собственные генетические линии, каждая из которых адаптирована к определенной линии хозяина. Численность самой распространенной разновидности амеб вскоре упадет под действием соответствующей разновидности паразита, и луч паразитического «прожектора» переместится на другую генетическую линию. Поскольку амебы размножаются клонированием, каждое новое их поколение будет точной копией предыдущего. Бактерии, раз за разом поражая все те же десять линий хозяина, со временем могут полностью уничтожить некоторые из них.

Теперь представим, что некоторые из этих амеб умеют размножаться половым путем. Самцы и самки делают копии своих генов и объединяют их, чтобы сформировать ДНК отпрыска; в процессе объединения гены перемешиваются. В результате отпрыск получается не точной копией своих родителей, а организмом с новой комбинацией тех же генов. Теперь паразитам будет гораздо сложнее охотиться на хозяев. Поскольку гены половых амеб смешиваются, четких линий среди них уже не будет, и паразитам станет труднее искать подход к каждому отдельному организму. Черная Королева по-прежнему заставляет сексуальные организмы бежать на месте, но у их отпрысков по крайней мере будет больше шансов не заразиться. Дополнительная защита, которую разнообразие дает половым амебам, может оказаться критическим фактором в их конкуренции с бесполыми.

Идея, конечно, красивая, но Лайвли, впервые прочитав об этом, не поверил.

— У меня и, мне кажется, у многих возникло впечатление, что эта мысль очень умная, но вряд ли имеет отношение к реальности. Дело, наверное, в том, что я никогда не занимался паразитами и вообще видел в мире мало паразитизма. А если вам нужен достаточно мощный фактор естественного отбора, это должно быть что-то серьезное, что производит сильный и очевидный эффект. Среди людей, в этой стране по крайней мере, такой эффект незаметен, а биологов, занимавшихся полевыми исследованиями, больше интересовали конкуренция и отношения хищник — жертва. У нас просто не было развитой традиции исследования паразитов.