Промискуитет против эгоизма

Обилие половых партнеров избавляет популяцию от вредных генетических элементов

Совокупляться с большим числом партнёров самок заставляет стремление избавиться от вредных, эгоистичных генетических элементов. «Гонка сперматозоидов» уже после совокупления спасает самцов дрозофил от полного исчезновения из популяции.

Уже не первое десятилетие биологи бьются над вопросом, зачем самкам спариваться с несколькими самцам – иной раз с максимально возможным их количеством. Такое поведение, называемое полиандрией, характерно для большинства женских особей из совершенно разных классов живых существ. Это у людей стремление к совокуплению с возможно большим числом партнеров можно объяснить распущенностью, но такое спаривание у Homo sapiens часто не имеет отношения к размножению.

А вот полиандрию в живом мире необходимо объяснить с научной точки зрения. Какие эволюционные преимущества дает большое количество партнеров, зачем тратить столько сил и энергии? Ведь одного партнера, как правило, достаточно для оплодотворения – не важно, идет ли речь о приматах или плодовых мушках, откладывающих яйца.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "click": "on",
    "id": "2885952",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_2890713_i_1"
}

Одно из предложенных объяснений состоит в том, что повторное спаривание может быть обусловлено большей привлекательностью нового партнера, благодаря которой самка может произвести на свет и более привлекательного отпрыска. Он также будет более удачлив в размножении и вместе с генами привлекательности передаст уже своему, более многочисленному потомству и «гены полиандрии», доставшиеся от самки, не отказавшей более привлекательному самцу во внимании, несмотря на успешную копуляцию в недавнем прошлом.

Другая гипотеза связана с посткопуляторным отбором. Она предполагает, что самки выявляют более здорового самца уже после спаривания. Предполагается, что у более здоровых самцов и сперматозоиды оказываются более успешными в конкурентной борьбе за оплодотворение яиц и одерживают верх над другими сперматозоидами, накопленными самкой за несколько спариваний. В этом случае полиандрия развилась, чтобы дать сперматозоидам возможность посоревноваться.

Биолог Нина Уиделл из Университета города Эксетер и её британские и японские коллеги представили экспериментальные свидетельства в пользу второй гипотезы.

Эгоистичные генетические элементы,

или эгоистичные гены (иногда говорят «сверхэгоистичные», чтобы не путать с тем эгоизмом, которым по известной книге Докинза обладают все гены) – это такие фрагменты ДНК, которые способствуют своему избыточному распространению в популяции – за счёт других генов и хозяйского организма в целом.

Время от времени такие элементы возникают в результате случайных мутаций и быстро распространяются среди популяции, подавляя наследственные гены таким образом, чтобы количество их копий в следующем поколении было максимальным. Эти гены встречаются повсеместно во всех живых организмах, где могут составлять значительную, а иногда и большую часть генома.

Механизмы действия эгоистичных генов могут быть разными. В какой-то степени даже встраивающиеся в ДНК хозяина гены вирусов, передающиеся по наследству, можно назвать эгоистичными элементами. Другой пример – лишние, так называемые B-хромосомы. Но чаще всего речь идёт о мейотическом дрейфе – нарушениях механизма деления клетки, приводящих к неравному производству «мужского» и «женского» сперматозоидов.

Уиделл и её коллеги доказали, что механизмом, обеспечившим возникновение этого вида отбора, могут стать так называемые эгоистичные генетические элементы. По крайней мере, появление эгоистичных элементов в геноме плодовых мушек уже через 10 поколений заметно сместило сексуальные привычки самок в сторону большего «непостоянства».

Эгоистичные генетические элементы бывают разными, но большинство из них снижают фертильность самцов. Часто речь идёт о мейотическом дрейфе – нарушениях механизма деления клетки, приводящих к неравному производству «мужского» и «женского» сперматозоидов.

Хромосомное определение пола

У животных, растений и человека хромосомный механизм является начальным механизмом, определяющим пол. Согласно хромосомной теории, пол организма определяется половыми хромосомами в момент оплодотворения.

У одного пола ядра всех соматических клеток содержат диплоидный набор аутосом 2А и две одинаковые половые хромосомы (XX). Поэтому все гаметы этого пола содержат по одной Х-хромосоме. Это гомогаметный пол. У другого пола в каждой соматической клетке, помимо диплоидного набора аутосом 2А, содержатся две разные половые хромосомы Х и Y. Поэтoмy у него два вида гамет: Х- и Y-несущие. Это гетерогаметный пол.

У большинства видов животных и растений гомогаметен женский пол, а гетерогаметен –мужской. Сюда относятся млекопитащие, большинство насекомых, многие рыбы, растения и др. Виды с мужской гетерогаметностью относят к типу Drosophila. У меньшего количества видов (птицы, некоторые рептилии, рыбы, бабочки, ручейники, из растений –земляника) наблюдается обратная картина – гомогаметен мужской пол, а гетерогаметен – женский. Виды с женской гетерогаметностью относят к типу Аbraxas.

У насекомых (пчел и других перепончатокрылых, червецов, клещей) из оплодотворенных яиц (XX) (получаются самки (или самки и самцы), а из неоплодотворенных (X0) развиваются только самцы.

Учёные для своего опыта взяли крайний случай такого элемента – ген SR (sex ratio), располагающийся на «женской» X-хромосоме и делающий вовсе невозможным полноценное развитие сперматозоидов, несущих мужскую Y-хромосому. Он довольно часто встречается в диких популяциях дрозофил, в которых в результате оказывается куда больше самок с двумя X-хромосомами, чем самцов – а значит, и больше копий SR-гена.

Однако и самцы, несущие SR-ген, производят лишь половину от того количества сперматозоидов, что делают «здоровые» особи.

И полиандрия становится едва ли не единственным спасением от вымирания вида.

В ходе соревнования семени после спаривания здоровые сперматозоиды берут верх просто числом. Это позволяет не только произвести на свет больше здоровых отпрысков, но и предотвратить распространение эгоистичных генетических элементов по популяции. Статья, доказывающая справедливость такой концепции, вышла в свежем номере журнала Science.

Экспериментаторы отобрали восемь популяций мушек. Половина были свободными от мутации, влияющей на сперматозоиды, и имели одинаковое соотношение особей мужского и женского пола. Остальные популяции содержали в себе до 30% носителей эгоистичного SR-гена, и самок там было вдвое больше, чем самцов.

После смены уже 10 поколений самки из SR-популяций стали спариваться на 20% чаще.

Каким-то образом плодовые мушки развили способность к повторному соитию уже через 2,75 суток, тогда как в здоровых популяциях мушки продолжали вступать в половые контакты в среднем не чаще, чем один раз в 3,25 дня. Уиделл уверена, что увеличенная скорость спаривания позволяла мушкам увеличить конкуренцию между сперматозоидами, участвующими в оплодотворении, и производить на свет здоровых мужчин вместо несущих недуги женских особей.

А вот каким образом самки почувствовали нужду в более частых спариваниях, осталось за рамками исследования. Как неизвестно и, имеет ли эта работа какое-то отношение к репродукции человека. Хотя некоторые случаи мужского бесплодия также связаны с воздействием эгоистичных генетических элементов.