Почему не партеногенез?

Почему не партеногенез?

Партеногенез имеет много общего с почкованием: воспроизводство происходит с участием только одной особи. Однако это не просто производство себе подобных организмов путем «ксерокопирования». Способность клеток размножаться без вливания дополнительной генетической информации, носителем которой является сперматозоид, открывает перед генетиками и биологами очень широкие возможности.

Например, можно научиться выращивать запасные органы для человека на случай травмы или тяжелого заболевания. С учетом развития современной генной инженерии эта идея не выглядит такой уж сказкой. Думается, что многие не отказались бы иметь банк запасных органов. С точки зрения размножения, девственный метод очень экономичен и максимально производителен. Еще бы: потомство может давать каждая особь, а не только те или только эти. Однако не все так просто.

Если бы мы размножались партеногенезом или почкованием, то были бы просто клонами друг друга

Несколько лет назад американские ученые провели интересный эксперимент. Они создали виртуальную популяцию животных количеством в тысячу голов. При этом 980 самок приносили потомство обычным классическим способом с участием виртуальных самцов, а 20 самок получили возможность размножаться партеногенезом. Поначалу потомство партеногенетических самок очень быстро увеличивалось и через малое время стало преобладать над потомством обычных самок. Через 30 поколений количество бессамцовых особей достигло 95 %! Сомнений не оставалось – еще немного, и популяция была бы представлена исключительно партеногенетическими самками, их конкурентки попросту вымерли бы, будучи не в состоянии соревноваться с ними в скорости размножения и количестве приносимых потомков. И на этом эксперимент можно было бы заканчивать, если бы не два обстоятельства.

Чтобы максимально приблизить эксперимент к жизни, его авторы ввели в программу два фактора: они населили свой виртуальный мир возбудителями различных болезней и дали возможность животным мутировать, причем не только в положительную, но и, как это бывает в реальности, в отрицательную сторону.

Дойдя до определенной критической точки, когда количество самок «нетрадиционной ориентации» достигло своего, судя по всему, максимума, их прогрессивное развитие остановилось, и начался бурный регресс. На сцену выступили болезни и мутации. Многочисленное партено-генетическое потомство начало стремительно уменьшаться – виртуальных животных косила виртуальная эпидемия. Те самые вирусы, которые были внесены в программу популяции, погубили почти всех партеногенетических животных. Почему они оказались настолько неустойчивы к заболеваниям?

Вся информация о том, как будет выглядеть живая особь, ее привычки, склонность к болезням и особенность поведения зашифрованы в ДНК. Пресловутая ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков, которая выглядит как двойная спираль из нуклеотидов. Ширина спирали составляет 2,2–2,4 нм.

Повышенный уровень радиации, оксиданты, вирусы, химические вещества могут привести к повреждению ДНК: молекула может терять целые участки хромосом и, соответственно, будет передавать потомкам искаженную, нарушенную информацию. Чтобы последующее поколение могло избавиться от мутаций, необходима здоровая молекула извне, чтобы залатать ею генные прорехи.

В эксперименте вся популяция доминирующих самок была представлена потомками всего лишь 20 прародительниц. Из поколения в поколение от матери к дочери внутри популяции развивалось всего 20 линий вида, причем у каждой из этих линий имелся только один ДНК-код, полученный ею от основательницы. Этот код сохранялся из поколения в поколение и передавался потомкам без каких-либо изменений, ведь новым животным неоткуда было получить свежий генетический материал, они появлялись на свет только от одного родителя, точнее, родительницы. Картина складывалась такая же, какую мы наблюдаем при почковании. Если заболевание настигало какую-нибудь из самок, то оно поражало всех последующих представительниц ее линии. Говоря языком компьютерщиков, вирус, взломав код одной особи, уже безо всякого труда внедряется в организмы остальных с таким же кодом: пароль у него уже есть. Таким образом, заболеванию понадобилось взломать всего лишь 20 кодов, чтобы погубить почти всю популяцию, а исправить повреждения в ДНК несчастным самочкам было нечем.

Вирусам понадобится совсем немного времени, чтобы взломать ДНК-коды партеногенетических животных

А вот представителям популяции, полученной путем классического способа размножения с участием самцов, противостоять вирусу было намного проще – спонтанное соединение генов дало большое разнообразие генетических комбинаций. Вирусу понадобилось куда больше времени на то, чтобы вывести их из строя, к тому же некоторые коды оказались ему и вовсе не по зубам. Но что произошло дальше?

Чем больше генетических комбинаций в потомстве, тем выше шансы на выживаемость

Виртуальный зоопарк понес значительные потери из-за эпидемии, к концу которой численность его обитателей сократилась на угрожающие 80 %. Но эпидемия остановилась. Выжили сильнейшие особи, которые продолжили размножаться. И опять самки, производящие потомство путем партеногенеза, начали преобладать. Тогда-то и произнес свое веское слово второй фактор – мутации. За прошедшее время в ДНК-кодах ушлых партеногенетических самок накопилось столько губительных изменений, что их вполне хватило, чтобы окончательно разделаться с популяцией бессамцовых животных. И опять двуполая популяция оказалась в выигрышном положении. Из-за того что в воспроизводстве участвовали два родителя, а не один, детеныши наследовали половину генетического набора отца и половину матери. У последующих поколений все негативные изменения получали шанс исчезнуть, поскольку богатый ассортимент генетических комбинаций позволял без труда исправить ошибку природы.

Какие бы исходные данные ни закладывали экспериментаторы в свою программу, результат оставался прежним: однополые популяции обречены на вымирание. Если болезней и мутаций было много, это происходило на 75-м поколении, если мало – где-то на 200-м, но в конечном итоге ничего не изменялось. Партеногенеты все равно погибали, в то время как разнополые популяции хоть и несли убытки в количестве, хоть и медленно восстанавливались, но выживали, и каждый раз после катастроф восполняли свою численность.

Чем больше разнородных особей одновременно участвует в процессе размножения, тем большее число генетических комбинаций в итоге доступно новому поколению, тем более богатый материал оказывается в распоряжении вида, а значит, тем выше шансы избавиться от вдруг появившегося отрицательного признака. В этом отношении партеногенез – абсолютно невыигрышный вариант. Вот почему он оказался невыгоден для высших животных.

Низшие приносят бесчисленное множество потомства. Качество они компенсируют количеством. Высшие животные несравнимо менее плодовиты, мало того, чем выше они стоят на лестнице развития, тем меньше потомства за свою жизнь могут принести. Даже кроликам с их легендарным талантом к размножению очень далеко до тех же лягушек. Что уж говорить о человекообразных обезьянах или о самом человеке. Главный двигатель эволюции высших видов – генетическое разнообразие, которого партеногенез как раз таки и не может. Все организмы, которые обошли принцип генетического разнообразия, фактически остановились в своем развитии и не поднялись выше рыб. Поэтому у партеногенеза нет будущего в программе эволюции.