Большая часть мира живого разделена пополам. По полам. На пол женский и пол мужской. Сделав производство потомства делом двух особей вместо одной, природа совершила шаг вперед, так как смешение генетического материала дает шанс на появление более жизнеспособных организмов.
Но есть и обратный путь. Порой в силу разных причин женская особь, давая жизнь потомству, обходится, так сказать, без папы... Это явление получило в научном обиходе название «партеногенез» — от двух греческих слов «партенос» (дева) и «генезис» (порождение). Вообще говоря, мы с детских лет знаем, что новые живые организмы вполне могут возникать без всяких там тычинок и пестиков. Кустик клубники, например, раскидывая по грядке свои длинные усы, вырастит себе потомство в виде точно таких же кустиков. Воткнутая в землю ветка (модное слово «клон» — по-гречески «черенок») превратится в новое дерево. Исторически предшествовавшее половому бесполое размножение строится на процессе митоза — простом делении живой клетки. В результате образуются две абсолютно идентичные клетки с одинаковым набором генов — точные копии родительской, сохранившие, образно выражаясь, все достоинства и пороки. Изменения от поколения к поколению могут происходить лишь в результате генетических мутаций. Правда, микробы прекрасно приспосабливаются к меняющимся условиям среды, но они берут числом и скоростью размножения. И даже у них существует что-то вроде полового процесса — обмена генами между клетками одного, а иногда и совершенно разных видов. А у подавляющего большинства растений и самых примитивных представителей животного царства (вроде дождевых червей и морских звезд), способных к вегетативному размножению, оно дополняет, но не заменяет половой процесс.
Игра природы
При половом размножении чертеж нового организма, заложенный в его ДНК, создается случайным сочетанием генетического материала двух родителей. Игральные кости брошены на стол. Какая комбинация выйдет в итоге — повышающая или понижающая шансы на выигрыш в борьбе за существование, — дело случая, но без постоянной перетасовки генов и отбора их оптимальных комбинаций сложные многоклеточные организмы не смогли бы эволюционировать. Если продолжить ассоциацию с азартными играми, геном эукариотических (имеющих клеточное ядро) организмов, от дрожжей до человека, составлен из двух «колод» — парных генов (аллелей), расположенных на парных хромосомах. Соматические (телесные) клетки при росте организма и замещении отмерших клеток размножаются тем же простым делением — митозом, при котором набор хромосом передается неизменным от родительской клетки дочерним. Мутации в соматических клетках могут привести к различным (обычно неприятным) последствиям, но в следующее поколение они не передаются.
Две мамы — один папа
Для экспериментов с видами размножения живых существ у природы была почти вечность. Сегодняшние мастера генной инженерии стараются уложиться в более сжатые сроки, предлагая свои сенсационные решения.
Исследователи из Университета Ньюкасла (Великобритания) объявили, что ими найден способ искоренить ряд серьезных заболеваний, передающихся по наследству посредством митохондрий. Митохондрия – один из важнейших органоидов живой клетки, который отвечает за энергетическое обеспечение внутриклеточных процессов. Как считается, митохондрия происходит от древней бактерии, некогда внедрившейся в эукариотическую (ядерную) клетку. От прародителя органоид унаследовал собствен ную ДНК. Если в ней возникают сбои, митохондрия функционирует неправильно, что отражается на жизнедеятельности всей клетки. Чтобы справиться с этой проблемой, шотландские ученые предлагают пересаживать ядро оплодотворенной яйцеклетки с митохондриальными дефектами в здоровую яйцеклетку, полученную от донора. Предварительно из донорской клетки удаляется вся генетическая информация, кроме той, что отвечает за производство митохондрий. Таким образом возникнет зародыш, в котором будет присутствовать генетический материал двух женщин и одного мужчины. Опыты, проведенные на мышах, показывают, что остатки донорской ДНК никак не влияют на развитие детеныша и лишь помогают избавить его от связанных с митохондриями заболеваний. С помощью этого метода удалось получить и человеческие эмбрионы, которые нормально развивались, но были уничтожены на шестой день после оплодотворения. Идти дальше в этом направлении пока мешают соображения юридического и биоэтического характера.
Половые клетки образуются в результате намного более сложного процесса деления — мейоза, при котором из первичных половых клеток — оогониев (женских) и сперматогониев (мужских) — образуются соответственно яйцеклетки и сперматозоиды. При этом диплоидная (несущая в себе полный набор генетической информации в двух парах хромосом) первичная половая клетка превращается в гаплоидную, с одной из каждой пары хромосом и, соответственно, одним из каждой пары родительских генов. При этом хромосомы обмениваются участками, и каждой яйцеклетке или сперматозоиду достается случайный набор генов, полученных от бабушки и дедушки будущего младенца.
Две половые клетки сольются в одну — зиготу, которая некоторое время спустя начнет делиться митотическим способом, развиваясь в зародыш. Но и неоплодотворенная яйцеклетка может начать делиться — именно это и называется партеногенезом. Следует сразу уточнить: партеногенез является не бесполым размножением, а разновидностью полового (с присущими ему биологическими процессами), однако с участием лишь женских половых клеток.
Целомудренные коловратки
Партеногенез в живой природе нельзя назвать чем-то исключительным. Коловратки — крошечные (от 40 мкм до 2 мм) обитатели пресноводных водоемов, выделенные в отдельный тип царства животных, — уже 40 млн лет представлены только женскими особями, производящими потомство исключительно путем партеногенеза.
При всей прогрессивности полового размножения вариант с происхождением потомства от одной особи имеет свои плюсы. Например, когда среда благоприятствует быстрому размножению вида и вокруг достаточно пищи для многочисленного потомства, партеногенез дает выигрыш в скорости заселения этой среды. В этом случае можно пожертвовать генетическим разнообразием (потомство несет в себе лишь хромосомы матери), зато мобилизовать потенциал вида на выполнение только материнских функций. Как только условия изменятся в неблагоприятную сторону, можно снова вернуться к оплодотворению, создавая менее многочисленные, но более приспособленные организмы. Но коловратки — это скорее исключение из правил. У многих видов растений, членистоногих, земноводных, рептилий и даже птиц существует не облигатная (обязательная) форма партеногенеза, а факультативная — при подходящих обстоятельствах. Например, у некоторых видов тлей переход к партеногенезу и обратно имеет характер сезонных колебаний.
Затосковавшая акула
Удивительно, однако, что порой к партеногенезу прибегают виды живых организмов, которые ранее не были в этом замечены. В последние годы описаны несколько поразительных случаев партеногенеза у акул, для которых этот способ размножения обычно не свойственен. В 2001 году в зоопарке Henry Doorly в штате Небраска (США) малоголовая рыба-молот (разновидность акулы) произвела на свет детеныша после длительного пребывания в резервуаре с водой, где не было самцов. Это «непорочное зачатие» поначалу поставило ученых в тупик. В числе прочих рассматривался вариант с длительным сохранением спермы от давнего полового контакта — такое явление «ложного партеногенеза» порой наблюдается в природе. Расставить точки над «i» помог несчастный случай: выросший детеныш погиб от укола ската. Результат ДНК-анализа однозначно показал, что в клетках детеныша не было никакого генетического материала, кроме материнского. Некая программа, спрятанная в ДНК акулы, которая в естественных условиях размножается исключительно через оплодотворение, включила резервный механизм сохранения вида — партеногенез. Таким образом, причиной партеногенетического размножения может стать и отсутствие самцов — например, на границе ареала вида.