Больше двух —
редко, но бывает

Наталья Резник
Ната­лья Рез­ник

Гово­ря о поло­вом раз­мно­же­нии, мы по умол­ча­нию под­ра­зу­ме­ва­ем суще­ство­ва­ние двух полов. Сам­цы и сам­ки, тычин­ки и пести­ки, круп­ные жен­ские поло­вые клет­ки и мел­кие муж­ские. Вопрос в том, поче­му полов имен­но два.

Внеш­ние раз­ли­чия поло­вых кле­ток мог­ли воз­ник­нуть как пре­пят­ствие для сли­я­ния гамет одно­го типа — близ­ко­род­ствен­ное скре­щи­ва­ние вред­но для попу­ля­ции. Раз­ни­ца в раз­ме­рах предот­вра­ща­ет сли­я­ние двух спер­ма­то­зо­и­дов, посколь­ку ни один из них не обла­да­ет коли­че­ством цито­плаз­мы, доста­точ­ным для даль­ней­ше­го раз­ви­тия. В такой ситу­а­ции иметь поло­вые клет­ки двух раз­ных типов про­ще, чем трех. То же отно­сит­ся и к хими­че­ской сиг­на­ли­за­ции меж­ду осо­бя­ми.

Поло­вые парт­не­ры долж­ны как-то рас­по­зна­вать друг дру­га. Если полов два, доста­точ­но двух сиг­на­лов, при трех нуж­но уже три. При даль­ней­шем уве­ли­че­нии чис­ла полов ситу­а­ция ослож­ни­лась бы еще боль­ше. Еще одна про­бле­ма — кле­точ­ные орга­нел­лы. При поло­вом раз­мно­же­нии их насле­до­ва­ние стро­го упо­ря­до­че­но: потом­ство полу­ча­ет орга­нел­лы мате­рин­ских кле­ток, а от отцов­ских — толь­ко ДНК. Оста­но­вив­шись на двух полах, при­ро­да сде­ла­ла выбор в поль­зу про­сто­ты и надеж­но­сти.

Одна­ко внеш­ние раз­ли­чия меж­ду поло­вы­ми клет­ка­ми суще­ство­ва­ли не все­гда, пер­вые орга­низ­мы их не име­ли, гаме­ты совре­мен­ных гри­бов, водо­рос­лей и про­стей­ших так­же внешне оди­на­ко­вы и отли­ча­ют­ся толь­ко на моле­ку­ляр­ном уровне — они изо­гам­ны. В таких слу­ча­ях гово­рят не о полах, а о типах спа­ри­ва­ния.

Изо­гам­ным видам нет необ­хо­ди­мо­сти забо­тить­ся о под­дер­жа­нии раз­ли­чий меж­ду поло­вы­ми клет­ка­ми или о хими­че­ской сиг­на­ли­за­ции, и они мог­ли бы иметь мно­же­ство типов спа­ри­ва­ния, что облег­ча­ет про­бле­му поис­ка парт­не­ра. Если типов спа­ри­ва­ния два, особь может выби­рать из поло­ви­ны попу­ля­ции. При трех типах доля воз­мож­ных парт­не­ров воз­рас­та­ет до двух тре­тей, и так далее. Таким обра­зом уско­рит­ся вос­про­из­вод­ство и рост чис­лен­но­сти.

У соци­аль­ной аме­бы Dictyostelium discoideum три типа спа­ри­ва­ния, гаме­та каж­до­го типа может сли­вать­ся с любой из остав­ших­ся двух. У гри­ба навоз­ни­ка рас­се­ян­но­го Coprinellus disseminatus типов спа­ри­ва­ния 143, и каж­дый нахо­дит себе парт­не­ров сре­ди осталь­ных 142. Но рекорд­сме­ном по пра­ву счи­та­ют дру­гой гриб, щеле­лист­ник обык­но­вен­ный Schizophyllum commune — у него более 23 тыс. типов спа­ри­ва­ния. Его репро­дук­тив­ная стра­те­гия доста­точ­но слож­на, две любые гаме­ты раз­ных типов слить­ся не могут, тем не менее у каж­дой есть сот­ни вари­ан­тов поло­вых парт­не­ров.

Древесный гриб щелелистник обыкновенный Schizophyllum commune — рекордсмен по количеству типов спаривания (en.wikipedia.org)
Дре­вес­ный гриб щеле­лист­ник обык­но­вен­ный Schizophyllum commune — рекорд­смен по коли­че­ству типов спа­ри­ва­ния (en.wikipedia.org)

Одна­ко у боль­шин­ства изо­гам­ных видов два типа спа­ри­ва­ния. Поче­му два? И поче­му не у всех?

Изу­чать такую про­бле­му экс­пе­ри­мен­таль­но не пред­став­ля­ет­ся воз­мож­ным, тем более что все лабо­ра­тор­ные модель­ные орга­низ­мы (мыши, дро­зо­фи­ла, дрож­жи и даже кишеч­ная палоч­ка) име­ют все­го два поло­вых типа. И тут на помощь при­хо­дит мате­ма­ти­че­ское моде­ли­ро­ва­ние.

Мате­ма­тик Джордж Кон­стебл (George Constable), науч. сотр. Бат­ско­го уни­вер­си­те­та, и про­фес­сор Цюрих­ско­го уни­вер­си­те­та Хан­на Кок­ко (Hanna Kokko), изу­ча­ю­щая эво­лю­ци­он­ную эко­ло­гию поло­во­го и бес­по­ло­го раз­мно­же­ния, пред­ло­жи­ли модель, поз­во­ля­ю­щую пред­ска­зать, сколь­ко типов спа­ри­ва­ния может быть у изо­гам­но­го вида [1].

Модель рас­смат­ри­ва­ет три био­ло­ги­че­ских пара­мет­ра: часто­ту мута­ций, вызы­ва­ю­щих обра­зо­ва­ние ново­го типа спа­ри­ва­ния, эффек­тив­ную чис­лен­ность попу­ля­ции, то есть коли­че­ство осо­бей, всту­па­ю­щих в раз­мно­же­ние, и часто­ту поло­во­го про­цес­са. Иссле­до­ва­те­ли пред­по­ло­жи­ли, что тип спа­ри­ва­ния опре­де­ля­ет­ся одним гене­ти­че­ским локу­сом, кото­рый может иметь бес­ко­неч­ное коли­че­ство вари­ан­тов.

На самом деле бес­ко­неч­ное чис­ло типов спа­ри­ва­ния невоз­мож­но, пото­му что коне­чен раз­мер любой, даже очень боль­шой попу­ля­ции. Поэто­му коли­че­ство типов спа­ри­ва­ния опре­де­ля­ет­ся раз­ни­цей меж­ду часто­той воз­ник­но­ве­ния мута­ций и исчез­но­ве­ни­ем того или ино­го алле­ля.

Каж­дый новый тип спа­ри­ва­ния име­ет свою смерт­ность. У изо­гам­ных видов поло­вое раз­мно­же­ние соче­та­ет­ся с бес­по­лым. При поло­вом раз­мно­же­нии у ред­ких типов будет боль­ше воз­мож­но­стей най­ти парт­не­ра, чем у рас­про­стра­нен­ных, отбор будет им бла­го­при­ят­ство­вать.

В бес­по­лый пери­од при рав­ной смерт­но­сти типов спа­ри­ва­ния отбор на них не дей­ству­ет, но они могут исчез­нуть в резуль­та­те дрей­фа генов — слу­чай­но­го изме­не­ния часто­ты алле­лей в попу­ля­ции. Чем реже про­ис­хо­дит поло­вое раз­мно­же­ние, тем силь­нее эффект дрей­фа и боль­ше веро­ят­ность слу­чай­но­го выми­ра­ния типа спа­ри­ва­ния. Если же раз­ные типы отли­ча­ют­ся при­спо­соб­лен­но­стью, пусть даже совсем чуть-чуть, это при­ве­дет к более часто­му выми­ра­нию отдель­ных типов и сокра­ще­нию их раз­но­об­ра­зия.

Посколь­ку коли­че­ство типов спа­ри­ва­ния зави­сит от балан­са меж­ду появ­ле­ни­ем новых мута­ций и исчез­но­ве­ни­ем ста­рых, ско­рость поло­во­го раз­мно­же­ния игра­ет кри­ти­че­скую роль. При низ­кой чис­лен­но­сти попу­ля­ции, малой часто­те мута­ций и ред­ком поло­вом раз­мно­же­нии чис­ло типов спа­ри­ва­ния долж­но быть неве­ли­ко. Зато боль­шая попу­ля­ция, в кото­рой поло­вое раз­мно­же­ние про­ис­хо­дит часто, может под­дер­жи­вать мно­го типов спа­ри­ва­ния.

Тео­рия немно­го сто­ит, если не име­ет фак­ти­че­ско­го под­твер­жде­ния. Иссле­до­ва­те­ли нашли дока­за­тель­ства сре­ди видов, био­ло­гия раз­мно­же­ния кото­рых хоро­шо изу­че­на.

У дрож­жей Saccharomyces cerevisiae и S. paradoxus и одно­кле­точ­ных зеле­ных водо­рос­лей Chlamydomonas два типа спа­ри­ва­ния. Поло­вое раз­мно­же­ние у них про­ис­хо­дит исклю­чи­тель­но ред­ко, при­мер­но один раз на 1–3 тыс. поко­ле­ний, в стрес­со­вых усло­ви­ях. Обыч­но они раз­мно­жа­ют­ся поч­ко­ва­ни­ем, что быст­рее и энер­ге­ти­че­ски выгод­нее. Модель пред­ска­зы­ва­ет суще­ство­ва­ние от 3 до 13 типов спа­ри­ва­ния при усло­вии их рав­ной жиз­не­спо­соб­но­сти, одна­ко даже неболь­шая, око­ло 0,1%, раз­ни­ца в смерт­но­сти сокра­ща­ет коли­че­ство типов спа­ри­ва­ния до реаль­но суще­ству­ю­щих двух.

Инфу­зо­рии раз­мно­жа­ют­ся поло­вым путем чаще, чем дрож­жи, раз в несколь­ко сотен поко­ле­ний. Коли­че­ство типов спа­ри­ва­ния у них долж­но варьи­ро­вать от 6 до 28. У инфу­зо­рий рода Euplotes сей­час извест­но 5–13 типов спа­ри­ва­ния, у Aspidisca — 2, а у Tetrahymena — 3–9.

Гри­бы под­от­де­ла Agaricomycotina, обра­зу­ю­щие пло­до­вые тела, раз­мно­жа­ют­ся исклю­чи­тель­но поло­вым путем. К ним при­над­ле­жит и S. commune с его 23 тыс. типов спа­ри­ва­ния. Как пока­зы­ва­ют моле­ку­ляр­ные иссле­до­ва­ния, поло­вое раз­мно­же­ние у это­го вида про­ис­хо­дит чаще, чем у дру­гих пред­ста­ви­те­лей цар­ства гри­бов, и часто­та мута­ций вели­ка. Модель пред­ска­зы­ва­ет суще­ство­ва­ние от 420 до 520 типов спа­ри­ва­ния. Одна­ко поло­вое раз­мно­же­ние у щеле­лист­ни­ка обык­но­вен­но­го опре­де­ля­ет не один локус, а два, поэто­му и реаль­ное коли­че­ство типов спа­ри­ва­ния на два поряд­ка боль­ше ожи­да­е­мо­го.

Итак, чис­ло типов спа­ри­ва­ния у изо­гам­ных видов зави­сит от раз­ме­ров попу­ля­ции и часто­ты поло­во­го про­цес­са. Оно сокра­ща­ет­ся, если мута­ции, при­во­дя­щие к обра­зо­ва­нию новых типов спа­ри­ва­ния, ред­ки, попу­ля­ция мала, а поло­вое раз­мно­же­ние про­ис­хо­дит мно­го реже, чем бес­по­лое. У изо­гам­ных видов часто­та поло­во­го раз­мно­же­ния зави­сит от эко­ло­ги­че­ских усло­вий.

Иссле­до­ва­те­ли пола­га­ют, что типы спа­ри­ва­ния со вре­ме­нем ста­ли свя­за­ны с раз­мер­ной клас­си­фи­ка­ци­ей гамет. Поло­вые клет­ки раз­де­ли­лись на яйца и спер­му, а осо­би — на муж­ские и жен­ские. У изо­гам­ных видов, как пра­ви­ло, тоже толь­ко два пола, но при опре­де­лен­ных усло­ви­ях их может быть боль­ше, и модель Кон­стеб­ла и Кок­ко поз­во­ля­ет пред­ска­зать, сколь­ко имен­но.

Ната­лья Рез­ник

1. Constable G. W. A., Kokko H. The rate of facultative sex governs the number of expected mating types in isogamous species /​/​ Nature Ecology & Evolution, 2018, 2, 1168–1175, doi: 10.1038/s41559-018‑0580-9

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
2 Цепочка комментария
2 Ответы по цепочке
3 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
4 Авторы комментариев
Валерий И. ЧурбановПал ПалычВасилийYuri Sorkin Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Yuri Sorkin
Yuri Sorkin

Вред близ­ко­род­ствен­но­го скре­щи­ва­ния гро­теск­но пре­уве­ли­чен про­па­ган­дой и «науч­ную» рабо­ту с такой базо­вой пред­по­сыл­кой труд­но вос­при­ни­мать все­рЬёз. Хотя вывод и верен.

Василий
Василий

Допу­стим, у мате­ри и отца есть по одной копии «боль­но­го гена», то есть гена, коди­ру­ю­ще­го мало- или совсем неэф­фек­тив­но рабо­та­ю­щий белок. Но у них есть и по одной копии «здо­ро­во­го гена», кото­рый коди­ру­ет нор­маль­но рабо­та­ю­щий белок – за счёт это­го гена ни мать, ни отец не стра­да­ют от нали­чия «боль­но­го гена». Но каж­дый их ребё­нок име­ет 25%-й шанс полу­чить две копии «боль­но­го гена», и его орга­низм не смо­жет про­из­во­дить нор­маль­ный белок – нет «здо­ро­во­го гена». Если отец и мать – близ­кие род­ствен­ни­ки, веро­ят­ность того, что у них ока­жут­ся «поло­ман­ны­ми» копии одно­го и того же гена, выше (а, сле­до­ва­тель­но, тем выше веро­ят­ность ситу­а­ции, когда ребё­нок име­ет 25%-й шанс родить­ся… Подробнее »

Пал Палыч
Пал Палыч

Пред­ставь­те себе, при­мер­но каж­дый сотый ген у каж­до­го из нас «испор­чен» и рабо­та­ет толь­ко вто­рая его копия. Како­ва веро­ят­ность про­из­ве­сти на свет здо­ро­вое потом­ство дву­мя род­ствен­ни­ка­ми с одни­ми и теми же «испор­чен­ны­ми» гена­ми?
Прак­ти­че­ски нуле­вая.

Валерий И. Чурбанов
Валерий И. Чурбанов

Раз­ре­ши­те, если мож­но, затро­нуть род­ствен­ную тему.
От одно­гор­бо­го к дву­гор­бо­му мате­рин­ско­му воз­рас­ту.
В каком воз­расте аме­ри­кан­ки ста­но­ви­лись мама­ми в 1980-м и в 2016-м, пока­за­но на гисто­грам­мах из газе­ты «Нью-Йорк таймс».
http://maxpark.com/static/u/article_image/18/08/26/tmp3neSug.png
http://maxpark.com/static/u/article_image/18/08/26/tmp9rTCnH.png
(Источ­ник: https://www.nytimes.com/interactive/2018/08/04/upshot/up-birth-age-gap.html fallback=0&recId=19JYUwTLpfPNBfswG9qEQ7vciDW&geoContinent=NA&geoRegion=VA&recAlloc=als1&geoCountry=US&blockId=signature-journalism-vi&imp_id=996942795&action=click&module=editorsPicks&pgtype=Article&region=Footer )
У нас ведь тоже ста­ло так, если судить по гисто­грам­мам явки изби­ра­те­лей на выбо­ры?

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (4 оценок, среднее: 4,50 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: