Как взломать генетический замок

Как взломать генетический замок

Однако эволюционные черепахи перемешивают свои гены сильнее, чем эволюционные зайцы. Открытие Остина Берта о связи между длиной поколения и количеством рекомбинаций свидетельствует о том, что Черная Королева работает. Чем длительнее ваше поколение, тем интенсивнее необходимо перемешивать гены, чтобы справиться с паразитами^{83}. Белл и Берт выяснили, что одного только присутствия вредной паразитической хромосомы под названием «B-хромосома» достаточно, чтобы вызвать у вида дополнительную рекомбинацию^{84}. Половое размножение, похоже, является главным средством борьбы с паразитами. Но как это происходит?

Оставим пока в покое блох и комаров и сконцентрируемся на вирусах, бактериях и грибах — возбудителях большинства заболеваний. Эти организмы специализируются на взломе клеток: грибы и бактерии едят их, вирусы переводят клеточную машинерию хозяина на рельсы сборки новых вирусов. В любом случае, паразиты должны попасть внутрь клетки. Чтобы сделать это, они используют специальные белковые молекулы, которые подходят к молекулам на поверхности клеток хозяина как ключи: паразиты связываются с хозяйскими белками. Гонка вооружений в данном случае связана именно с ними: паразиты изобретают новые ключи — хозяева меняют замки. Так и просится объяснение полового размножения в стиле группового отбора: в любой момент времени у половой формы много разных замков, а у бесполой все замки одинаковые. Паразит с правильным ключом быстро уничтожит бесполую форму, но не уничтожит половую. Широко известно, что, превращая поля в монокультуры высокоинбредных[31] линий пшеницы и кукурузы, мы вызываем эпидемии заболеваний, с которыми можно справиться только пестицидами, вынуждено использующимися во все больших и больших количествах^{85}.

Однако объяснение этого принципом Черной Королевы и проницательнее, и сильнее объяснения групповым отбором: потомство половой формы выживет с большей вероятностью, чем бесполой. Преимущество полового размножения проявляется за одно поколение, поскольку замок, распространенный у родителей, заставляет паразита подобрать к нему ключ. Можно быть уверенным, что уже через несколько поколений он в популяции встречаться не будет, ибо к тому времени подходящим к нему ключом будут обладать все паразиты. Преимущество — всегда у редких вариантов.

Виды с половым размножением могут пользоваться чем-то вроде библиотеки замков, недоступной бесполым. Она известна по двум длинным словам, которые обозначают функционально схожие явления: гетерозиготность и полиморфизм. Когда линия становится инбредной, и то, и другое теряется. Оба слова обозначают, что в популяции в целом (полиморфизм) и в каждом индивиде по отдельности (гетерозиготность) встречаются разные версии одного и того же гена. Хороший пример — полиморфный цвет глаз у европейцев: голубой и карий. Многие кареглазые люди, помимо гена карих глаз, несут рецессивный ген голубых — они гетерозиготны. Для дарвинистов наличие этих полиморфизмов почти так же загадочно, как и существование полового размножения, поскольку оно предполагает, что гены карих и голубых глаз одинаково полезны[32]. Конечно, если бы карие глаза были принципиально лучше голубых (или, что ближе к реальности, если бы нормальные гены были лучше генов серповидно-клеточной анемии), то один ген постепенно вытеснил бы остальные. Так почему же мы набиты таким большим количеством разных версий генов? Почему гетерозиготность настолько распространена? В случае серповидно-клеточной анемии потому, что вызывающий ее ген помогает справляться с малярией. Там, где бушует последняя, гетерозиготы (те, у кого есть один нормальный ген и один — серповидно-клеточный) выживают лучше, чем гомозиготы (те, у кого оба гена либо нормальные, либо серповидно-клеточные), страдающие, соответственно, от малярии или анемии^{86}.

Этот случай заезжен во всех биологических учебниках, потому трудно осознать, что это не исторический анекдот, а пример общего правила. Он показывает, что многие из самых полиморфных генов — группы крови, белки гистосовместимости и т. п. — влияют на устойчивость к заболеваниям. Это гены замков. Более того, некоторые из этих полиморфизмов существуют с древних времен. Есть и такие гены, которые представлены в одних и тех же нескольких версиях и у человека и у коровы. Это значит, что вы, читатель, по этому гену можете оказаться больше похожи на какую-то определенную корову, чем на вашу супругу или супруга (у которых тоже где-то есть «своя» корова). Это еще удивительнее, чем если бы оказалось, что слово «мясо», на французский переводится как viande, а на немецкий — fleisch, в какой-нибудь глухой деревушке в Новой Гвинее звучало бы как viande, а в соседней — fleisch. То есть какая-то мощная сила работает над тем, чтобы большинство версий каждого гена выжило и чтобы никакая из них сильно не менялась^{87}.

Можно почти с полной уверенностью сказать: эта сила — инфекционные заболевания. Как только ген замка становится редким, соответствующий паразитный ген ключа тоже становится редок — и замок снова «ведет в счете». Есть и другие механизмы, благоприятствующие полиморфизму и дающие редким генам селективное преимущество над распространенными. Хищники обычно пропускают редкие формы добычи, выбирая самые частые. Дайте птице в клетке кусочки еды, окрашенные, в основном, в красный цвет, а несколько покрасьте в зеленый. Уверяю, она быстро разберется, что красные кусочки съедобны, а зеленые сначала трогать не будет. Дж. Б. С. Холдейн первым понял, что паразитизм — даже в большей степени, чем хищничество — помогает поддерживать полиморфизм. Особенно если успех паразита в нападении на новую форму хозяина сопряжен с потерей эффективности атаки на старую форму^{88}.

Еще раз внимательно посмотрим на метафору с ключами и замками. У льна есть 27 версий пяти разных генов, определяющих устойчивость к ржавчинным грибам — 27 версий пяти замков. Грибы имеют несколько версий ключей для каждого замка. Смертоносность ржавчинного гриба определяется тем, насколько хорошо его пять ключей подходят к пяти замкам льна. Это не совсем похоже на настоящие ключи и замки, потому что в данном случае достаточно даже частичного соответствия: ржавчине перед заражением льна не обязательно открывать каждый замок. Но чем больше последних она откроет, тем губительнее ее действие^{89}.