Самооплодотворение приводит к гибели вида. А для его выживания необходимо, чтобы сексом занимались минимум двое: гермафродиты не могут обеспечить достаточную скорость эволюции.
Когда речь идет о производстве потомства, у человека и других млекопитающих обычно нет выбора, делать это с партнером или самостоятельно. Но у многих растений и более простых животных такой выбор есть: их потомство может появиться как в результате ауткроссинга, то есть спаривания с особью из другой генетической линии, так и с помощью самооплодотворения.
Моно vs гетеро
У самооплодотворения есть очевидные преимущества. Самке не нужно тратить время на коммуникацию с самцом. Да и для всей популяции отказ от производства самцов, не способных самостоятельно вынашивать потомство, позволяет не оплачивать так называемую эволюционную стоимость самцов. Отказ приводит к тому, что численность популяции начинает расти с удвоенной скоростью. По словам Патрика Филлипса (Patrick C. Phillips), профессора Орегонского университета, возглавляющего Центр экологии и эволюционной биологии, «биологи начиная с Чарльза Дарвина ломают голову над тем, почему воспроизводство через ауткроссинг вообще появилось».
Споры о преимуществах того или иного вида воспроизводства ведутся давно, но проверить их экспериментально до сих пор никто не брался – уж слишком сложной должна была быть постановка эксперимента. Но профессор Филлипс нашел элегантное решение проблемы. И вместе со своими подчиненными аспирантом Леви Морраном (Levi T. Morran) и студентом Мишелем Парментером (Michelle D. Parmenter) решил сравнить успешность той или иной концепции прямо у себя в лаборатории.
Сексуальная революция
В качестве подопытных в эксперименте выступили нематоды Caenorhabditis elegans, которые служат верой и правдой биологам и генетикам вот уже более 30 лет. Особи этих нематод делятся на самцов и гермафродитов. Вторые могут размножаться, спариваясь как с собой (и делают это гораздо чаще), так и с самцами.
Изменив ряд генов, орегонские биологи вывели две линии -- только самооплодотворяющуюся и только ауткроссинговую. Биологи поставили более сотни небольших эволюционных экспериментов, в которых эти линии развивались в различных условиях, включая, к примеру, довольно суровые, такие как присутствие в окружающей среде бактерии, пожирающей нематод изнутри. Иногда биологи резко меняли условия, в которых развивалась популяция, и наблюдали за ее реакцией на это изменение.
Что же получилось
Ученые выяснили, что популяции, размножающиеся исключительно с помощью самооплодотворения, более склонны накапливать разрушительные генетические мутации. Обычно считается, что такие гермафродитные популяции умеют «самоочищаться», избавляясь от подобных «вредных» мутаций. Но, как показал эксперимент, на самом деле эффективно избавиться от большого количества разрушительных мутаций популяция может только одним способом: повышая устойчивость к мутациям вообще. А это означает общее снижение скорости мутаций, что в свою очередь приводит к снижению и темпов эволюции.
«Неспособность самооплодотворяющихся популяций адаптироваться к меняющимся условиям среды помогает объяснить имеющиеся у нас наблюдения, что самооплодотворяющиеся популяции чаще исчезают, чем ауткроссинговые», -- считает аспирант Леви Морран, ведущий автор посвященной исследованию статьи, которую опубликовал журнал Nature.
Руководитель Моррана профессор Филлипс поясняет, что высокая стоимость самцов для популяции оказалась оправданной, ведь бонус, которые получает вид -- возможность выжить, -- гораздо ценнее.
«Многие ученые утверждали, что ауткроссинг развился, потому что помогал избежать генетических последствий инбридинга, родственного скрещивания, классической формой которого является самооплодотворение. Другие акцентировали внимание на том, что ауткроссинг играет особую роль в генерации генетических вариаций, необходимых для эволюционных изменений, -- заключает Филлипс. – Наша работа показала, что важны оба фактора».
