Наследственная информация — почтовым переводом
Наследственная информация — почтовым переводом
Коль скоро у многоклеточных животных спермин унаследовали от одноклеточных известную долю индивидуальности и суверенности, а именно способность активно передвигаться и разыскивать яйцеклетку, они могут в принципе избавить готовых к размножению индивидов от необходимости отправляться на поиски своей «половины». А мы знаем, что такие поиски при всем желании и не смогли бы предпринять очень многие животные, например, из числа тех, что ведут неподвижный, прикрепленный образ жизни. Задача спермия состоит в том, чтобы перенести на расстояние генетическую информацию о породившей его особи и объединить ее с информацией, содержащейся в ядерном аппарате яйцеклетки. Понятно, что эта задача выполнима лишь в том случае, если путь, который следует проделать спермию, будет достаточно короток, чтобы гонец не утратил по дороге свой ограниченный запас жизненной энергии.
Все преимущества способности спермиев к самостоятельному передвижению наиболее ярко проявляются у тех прикрепленных обитателей моря, у которых готовые к оплодотворению яйцеклетки ожидают своей дальнейшей участи в организме породившего их существа, будь то женская или гермафродитная особь. Таковы, например, уже известные нам губки. Поскольку губки обычно образуют тесные колониальные поселения, это сильно облегчает задачу спермиев, которые в момент их созревания выходят наружу из полости «мужской» особи и пускаются на поиски своей суженой. Сперматозоиды губок, как и прочих водных животных, первое время чувствуют себя в воде на высоте положения, двигаясь по спирали со скоростью около 1 см в минуту. Благо, что до устьевых отверстий-пор в стенках тела других «особей», таящих в своих чревах зрелые яйцеклетки, в колонии рукой подать. Оказавшись около такого отверстия, спермин током воды, постоянно поддерживаемым губкой для дыхания и питания, затягиваются внутрь ее полости. На этом этапе спермин почти выполнил стоявшую перед ним задачу. Теперь дело за другими участниками событий. Особые жгутиковые клетки-хоаноциты, выстилающие полость тела губки, подхватывают удачливые сперматозоиды и передают их подвижным клеткам-амебоцитам, а те, в свою очередь, переправляют наших путешественников к ожидающим их яйцеклеткам.
Оплодотворение на расстоянии, не требующее контакта между носителями мужских и женских гамет, может оказаться выигрышным решением проблемы продолжения рода для тех животных, особи которых сравнительно малочисленны, рассеянны на обширных пространствах и потому должны испытывать определенные затруднения при поисках индивида противоположного пола. Но здесь уже нельзя положиться на подвижность самих спермиев, как это делают губки и другие сидячие организмы в своих густонаселенных городах-колониях. Чтобы сохранить жизнеспособность на случай всевозможных осложнений в пути, мужские гаметы должны быть защищены от разрушительных воздействий внешней среды. Именно по этому пути пошли очень многие существа, у которых самцы выделяют сперму дозированными порциями, упакованными в тонкостенные мешочки-сперматофоры. К числу таких животных относятся, в частности, весьма своеобразные осьминоги-аргонавты.
Если крошечному, не превышающему 1,5 см в длину, самцу аргонавта не посчастливится встретить в сезон размножения желанную самку, он не станет предаваться отчаянию. То, что не удалось сделать самому самцу, сможет осуществить одна из восьми его рук, так называемый гектокотиль. Гектокотиль пронизан открывающимся наружу продольным каналом, который самец заполняет несколькими сперматофорами. В какой-то момент такая рука отрывается от туловища осьминога и самостоятельно направляется на поиски самки. В своих странствиях по водным просторам гектокотиль руководствуется, по-видимому, особым химическим чувством — наподобие того, с помощью которого спермин водных животных разыскивают женские гаметы. Если поиски увенчаются успехом, гектокотиль заползает в мантийную полость самки, которая у аргонавтов раз в двадцать крупнее самца. Сложно устроенный сперматофор этих осьминогов снабжен находящейся внутри его туго скрученной «пружиной» и особой «пробочкой», быстро растворяющейся под воздействием полостных жидкостей самки. При растворении пробки пружина распрямляется, разрывает стенки сперматофора и разбрасывает в стороны сперматозоиды, которые наконец-то получают доступ к яйцеклеткам.
Упаковка спермиев в защитные капсулы-сперматофоры, практикуемая не только осьминогами-аргонавтами, но и множеством других обитателей вод (рис. 6.5), еще более актуальна для сухопутных животных. И это понятно, ибо на открытом воздухе спермий почти мгновенно высыхает и, стало быть, ни на минуту не может быть предоставлен самому себе. Когда же сперма надежно упакована в удерживающие влагу мешочки, у самца появляется возможность оставить их там, где ему заблагорассудится, наподобие своеобразных гостинцев для разгуливающих в округе самок. Именно так поступают существа, живущие в верхних слоях почвы, среди опавших прошлогодних листьев и в гниющей древесине, где повышенная влажность гарантирует почти столь же длительную сохранность заключенных в оболочку спермиев, как если бы те находились в воде.
Рис. 6.5. Самец обыкновенного осьминога (справа) с помощью гектокотиля помещает сперматофор в мантийную полость самки.
Невзрачные, длиной не более 2–3 мм, самцы ногохвосток, этих примитивнейших насекомых, в период любви размещают тут и там на своем пути крохотные шарики-сперматофоры, приподнятые над поверхностью фунта на длинных тонких «стебельках». Разумеется, большинство из этих посланий так и не будут востребованы. Но если самке ногохвостки все же случится обнаружить сперматофор, она наползает на него, втягивая шарик в свое половое отверстие. Здесь происходит оплодотворение яйцеклеток, которые самка затем в виде готовых к развитию яиц откладывает в углубление почвы где-нибудь неподалеку. Сходным образом ведут себя другие обитатели влажной почвенной подстилки, в частности миниатюрные многоножки-симфилы. Наткнувшись на сперматофор, укрепленный самцом над землей на тонкой ножке-постаменте, самка тут же поедает свою находку. Сразу вслед за этим она берет ротовыми придатками созревшее яичко, готовое выйти из ее полового отверстия, и в этот момент смачивает его семенной жидкостью, задержавшейся в особых углублениях ее челюстей. Оплодотворенное таким образом яйцо самка приклеивает к влажному побегу мха, где оно будет наделаю защищено от прямых солнечных лучей.
Поиски супруга не только у людей, но и у животных — дело хлопотное, требующее большой затраты времени и сил и далеко не всегда сулящее гарантированный успех. Только что мы познакомились с одним из способов, позволяющих обойти все эти сложности. Я сказал: с одним из способов, поскольку он далеко не единственный. Так, некоторые животные-гермафродиты, не имея возможности вовремя найти второго партнера-гермафродита, прибегают к самооплодотворению. У обитающих у нас в Черном море каменных окуней каждая рыба в парочке совместно нерестящихся особей поочередно выполняет роль самца и самки. Но если окуню долго не удается найти расположенного к нему партнера, он сначала выметывает икру, а затем сразу же осеменяет ее собственными молоками. Еще проще обстоит дело у некоторых рептилий, например у очень многочисленных в Армении скальных ящериц. У них вообще никогда не бывает самцов, и каждая самка откладывает готовые к развитию яйца тогда, когда ей заблагорассудится. Такой способ девственного размножения называется партеногенезом, и в дальнейшем мы еще вернемся к этому явлению.
Но не следует забывать и еще об одной испытанной форме супружества — раз и навсегда объединиться и уже никогда не расставаться до гробовой доски. Прообраз подобной супружеской верности мы можем найти уже у примитивных одноклеточных. В частности, у некоторых видов простейших-фораменифер две или большее число особей (иногда до 14), при делении которых впоследствии должны образоваться гаметы, сходятся вместе и обволакивают себя общей эластичной оболочкой. Затем каждый такой индивид распадается на множество гамет. При парном слиянии гамет, произошедших от разных «мужских» и «женских» членов такого объединения, образуются зиготы, которые вслед за тем обволакивают своими телами, по сути дела «поедают», лишние гаметы, нашедшие себе партнеров противоположного пола.
Великий английский натуралист Чарльз Дарвин еще до того, как он стал всемирно известным ученым благодаря своему фундаментальному труду «Происхождение видов путем естественного отбора», посвятил много лет изучению весьма своеобразных созданий, так называемых усоногих раков. Тем, кому случалось бродить по берегу моря, должны быть хорошо знакомы белоснежные, сильно усеченные сверху многоугольные пирамидки, которые подчас сплошным слоем покрывают выброшенные волнами поплавки, бутылки, обломки дерева. Это раковины окончивших свой век морских желудей, не имеющих, на первый взгляд, ничего общего с ракообразными, но тем не менее принадлежащих к только что упомянутым усоногим ракам. Все морские желуди — гермафродиты, но они по возможности избегают самооплодотворения, явно предпочитая ему совокупление с себе подобными. Для этого в тесных поселениях морских желудей, формирующихся на прибрежных скалах и на плавающих предметах, есть все условия. Приоткрыв створки своей раковины, прикованный к однажды выбранному месту рачок высовывает наружу свой удлиненный совокупительный орган и с его помощью изливает сперму под створки раковины своего ближайшего соседа. Тот с током воды втягивает спермин в свою мантийную полость, где находятся созревшие яйцеклетки, но при этом с равным успехом способен с помощью своего собственного совокупительного органа оплодотворить яйцеклетку того же либо другого соседа по колонии.
Анатомируя разных представителей усоногих (а их ученым известно сейчас более тысячи видов), Дарвин обнаружил внутри раковин либо в мантийных полостях так называемых морских уточек каких-то крохотных, величиной с рисовое зерно созданий, намертво прикрепленных одним концом своего продолговатого тельца к тканям обладателя раковины. При вскрытии этих живых мешочков, снабженных сильно укороченными, зачаточными конечностями, оказалось, что эти существа буквально переполнены спермиями. Сама собой напрашивалась мысль, что загадочные «паразиты» есть не что иное, как до предела упрощенные в своем строении карликовые самцы морских уточек.
Дарвину было известно, что подобные дегенерировавшие самцы, становящиеся постоянными придатками самок, существуют и у некоторых других животных. Поэтому у него не вызвало особого удивления присутствие таких самцов у тех видов морских уточек, у которых все без исключения взрослые хозяева раковин принадлежат к женскому полу. Но часть видов морских уточек представлены только гермафродитными особями. И, что самое поразительное, карликовые самцы были найдены Дарвином и на телах этих гермафродитов. Такие самцы, заключает ученый, «оплодотворяют яйца не самки, но помогают самооплодотворению гермафродита. Поэтому я назвал этих самцов дополнительными самцами, чтобы показать, что они составляют пару не с самкой, а с двуполым индивидом».
Каким же образом такие самцы оказываются в святая святых самки либо гермафродитного индивида морской уточки? Дело в том, что у этих рачков все особи развиваются из подвижных личинок. Некоторые личинки в определенный момент оседают на дно либо на плавающие предметы, прикрепляются к поверхности своими головными концами, строят вокруг себя из собственных известковых выделений прочную многостворчатую раковину и превращаются либо в половозрелых самок, либо в двуполых взрослых рачков. Другие же личинки заплывают внутрь раковин таких сидячих индивидов и прикрепляются к их тканям, преобразуясь в карликовых самцов. На одной морской уточке-самке может одновременно жить до 14 самцов-придатков, а на взрослой особи-гермафродите — свыше сотни облюбовавших ее самцов. Самцы не имеют рта и пищеварительных органов. Поэтому, выполнив свою миссию продления рода, они быстро погибают. Но, как говорится, свято место пусто не бывает: отмирающих самцов заменяют другие, которые развиваются из личинок, вновь прибывающих в обжитую раковину.
Поразившие воображение Дарвина коллективные образования, обнаруженные им под створками известковых раковин морских уточек, чем-то напоминают по своей сути двуполые «колонии» вольвокса, мшанок или других странных созданий, о которых я рассказывал ранее. И там и тут члены объединения приносят свою индивидуальность на алтарь интересов единого целого. Различие, — впрочем, немаловажное — состоит в том, что у рассмотренных ранее «колониальных» кормусов это самопожертвование вынужденное, обусловленное всем процессом роста и развития «коллективного индивида», тогда как у морских уточек самцы отдаются во власть целого как бы добровольно, движимые непреодолимым инстинктом продолжения рода.
Учитывая сравнительно низкую степень психического развития усоногих раков, такое самопожертвование самцов может показаться не слишком дорогостоящим для них. Иное дело, когда мы встречаем нечто очень похожее у животных, психическая организация которых намного более совершенна, например у рыб. В этом смысле не приходится удивляться тому, что карликовые самцы, играющие, по существу, роль мужских гонад, прикрепленных снаружи к телу самки, найдены к настоящему времени всего у 8 видов рыб из общего их числа порядка 20 тысяч.
Все те рыбы, у которых самец и самка связаны как бы в единый организм нерасторжимыми узами супружества, принадлежат к так называемым удильщикам, обитающим в океанских глубинах, где всегда царит полная темнота. Самки удильщиков — довольно крупные, большеголовые, зубастые создания, обычно от полуметра до метра длиной. Они подстерегают свою добычу, сохраняя полную неподвижность и выставив вперед отходящий от головы отросток, на конце которого, внутри небольшого утолщения, помешается светящаяся железа. Свечение обязано жизнедеятельности особых бактерий и проникает наружу через прозрачные «окошечки» в стенках концевого утолщения «удочки». Жертвами рыболова нередко становятся весьма крупные обитатели океана: рыбы, кальмары и ракообразные.
Самцы всех удильщиков несопоставимо мельче самок — в 100, а иногда и в 200 раз. Самец разыскивает самку в кромешной темноте придонных глубин по запаху либо ориентируясь на характерное для каждого вида удильщиков свечение «приманки». Найдя желанную подругу, самец впивается в ее кожу острыми зубами и остается здесь до конца своей жизни. Потеряв способность самостоятельно добывать и переваривать пищу, самец очень скоро утрачивает глаза, ротовое отверстие и кишечник. Его кровеносные сосуды соединяются с сосудами самки, и лишь питательные вещества, поступающие с кровью из организма супруги, способны поддерживать отныне существование полностью утратившего свою индивидуальность самца (рис. 6.6).
Рис. 6.6. Самки двух видов удильщиков с приросшими карликовыми самцами (показаны стрелками).