Паразиты: Тайный мир - Карл Циммер

С другой стороны, гипотеза густо поросшего берега утверждает, что при половом способе размножения детеныши лучше подготовлены к существованию в сложном мире. В любой среде — на приливной равнине, в лесной подстилке, возле глубоководных гидротермальных источников — пространство разделено на отдельные ниши, в которых для выживания требуются разные умения. Клон, приспособленный к существованию в одной нише, может породить отпрысков, способных жить только в этой нише. А половой способ размножения перемешивает карты в генетической колоде и сдает их потомству случайным образом.

— Речь здесь в основном о том, что потомство может распределиться по разным нишам и пользоваться разными ресурсами, — говорит Лайвли. — Братьям и сестрам придется меньше конкурировать друг с другом за пищу, и шансы матери стать бабушкой тоже вырастут. В теории эта гипотеза могла бы работать, но на практике это маловероятно. Чтобы она сработала, детеныши, получившие разные гены, должны были бы слишком сильно различаться. Тем не менее на тот момент это была доминирующая гипотеза происхождения полов.

Лайвли оказался в 1985 г. в Новой Зеландии потому, что его жена Линда Делф хотела изучать эволюционную биологию в Университете Кентербери. Лайвли получил там же место исследователя. Его интересовало, нельзя ли будет в Новой Зеландии проверить разные гипотезы происхождения полов. В эволюционной биологии идеи появляются быстро и легко, но часто оказываются совершенно непроверяемыми. Для проверки теорий происхождения полов Лайвли нужно было подобрать подходящие виды. Ясно было, что для подобных экспериментов необходима смесь половых и бесполых организмов. К примеру, у некоторых видов животных рядом с клонами живут самцы и самки. Другие виды являются гермафродитами и могут выбирать — оплодотворять свои яйца самостоятельно или спариться с другой особью. Только у подобных животных можно отслеживать эволюционные процессы поколение за поколением и сравнивать успехи половых и бесполых организмов.

— Если имеешь дело с видом, который размножается только половым путем, — говорит Лайвли, — трудно понять, какое эволюционное решение пошло бы на пользу асексуальным клонам, а какое нет. Но если в вашей системе присутствуют и те, и другие, появляется база для сравнения.

Он не мог проверить мысль о преобладании полового способа размножения, скажем, на людях, поскольку мы размножаемся исключительно таким образом. Не существует ни одного затерянного племени, где люди могли бы размножаться естественным клонированием. В нашей эволюционной линии состязание между половыми и бесполыми организмами закончилось сотни миллионов лет назад.

Лайвли повезло. В Новой Зеландии обитает улитка, которая точно подошла под все его требования. Улитка Potamopyrgus antipodarum размером в четверть дюйма населяет большую часть озер, рек и ручьев этой страны. Причем если большую часть ее популяций составляют идентичные клоны — продукт партеногенеза, то некоторые популяции состоят из мужских и женских форм, которые размножаются половым путем.

Лайвли решил проверить, влияет ли среда обитания улиток на способ размножения, которым они пользуются. Он рассудил так: в ручьях и небольших реках часто меняется уровень воды, тогда как озеро — спокойная и стабильная среда обитания. Согласно гипотезе лотереи, половой способ размножения больше нужен речным улиткам, ведь им нужно выживать в нестабильных условиях. А по гипотезе густо поросшего леса в озерах конкуренция выше и соответственно польза от распределения по разным нишам — больше, поэтому на самцов должен быть хороший спрос.

Лайвли поехал к высокогорным озерам и наловил там улиток. Чтобы определить пол, он ломал раковину, вскрывал улитку и искал за правым щупальцем пенис. Однако заглянув в первую же улитку, он был поражен — она была плотно набита чем-то, что показалось ему похожим на гигантские спермии.

— К несчастью для себя, я показал эти штуки одному из паразитологов в университете, и тот сказал: «Ты идиот. Это не спермии, а черви».

Тот паразитолог объяснил Лайвли, что это трематоды, которые кастрируют своих хозяев-улиток, размножаются в них, а затем перебираются в окончательного хозяина — утку. В одних местах, сказал он, улитки поражены трематодами, в других нет.

Но Лайвли без труда забыл пережитое унижение, поскольку сообразил, что паразиты позволят ему проверить третью гипотезу: предположение о том, что существованием полов мы обязаны паразитам. Мысль об этом высказывалась неоднократно разными учеными и в разных формах, но наиболее полно эту версию изложил в 1980 г. биолог Оксфордского университета Уильям Хэмилтон. Хэмилтон утверждал, что при столкновении с принципом Черной Королевы половой способ размножения лучше помогает хозяину противостоять паразитам, чем клонирование.

Рассмотрим стайку амеб, которые размножаются простым клонированием и разделены на десять генетически различных линий. Предположим, этих амеб поражает некая бактерия, и начинается гонка Черной Королевы. У бактерии есть собственные генетические линии, каждая из которых адаптирована к определенной линии хозяина. Численность самой распространенной разновидности амеб вскоре упадет под действием соответствующей разновидности паразита, и луч паразитического «прожектора» переместится на другую генетическую линию. Поскольку амебы размножаются клонированием, каждое новое их поколение будет точной копией предыдущего. Бактерии, раз за разом поражая все те же десять линий хозяина, со временем могут полностью уничтожить некоторые из них.

Теперь представим, что некоторые из этих амеб умеют размножаться половым путем. Самцы и самки делают копии своих генов и объединяют их, чтобы сформировать ДНК отпрыска; в процессе объединения гены перемешиваются. В результате отпрыск получается не точной копией своих родителей, а организмом с новой комбинацией тех же генов. Теперь паразитам будет гораздо сложнее охотиться на хозяев. Поскольку гены половых амеб смешиваются, четких линий среди них уже не будет, и паразитам станет труднее искать подход к каждому отдельному организму. Черная Королева по-прежнему заставляет сексуальные организмы бежать на месте, но у их отпрысков по крайней мере будет больше шансов не заразиться. Дополнительная защита, которую разнообразие дает половым амебам, может оказаться критическим фактором в их конкуренции с бесполыми.

Идея, конечно, красивая, но Лайвли, впервые прочитав об этом, не поверил.

— У меня и, мне кажется, у многих возникло впечатление, что эта мысль очень умная, но вряд ли имеет отношение к реальности. Дело, наверное, в том, что я никогда не занимался паразитами и вообще видел в мире мало паразитизма. А если вам нужен достаточно мощный фактор естественного отбора, это должно быть что-то серьезное, что производит сильный и очевидный эффект. Среди людей, в этой стране по крайней мере, такой эффект незаметен, а биологов, занимавшихся полевыми исследованиями, больше интересовали конкуренция и отношения хищник — жертва. У нас просто не было развитой традиции исследования паразитов.

Но факт состоит в том, что большинство животных, в том числе и улитки Лайвли, просто кишат паразитами. На всякий случай — а вдруг Хэмилтон все же прав! — Лайвли решил отмечать, заражены ли улитки в данном водоеме трематодами.

— Хэмилтон изложил теорию влияния паразитов в 1980, 1981 и 1982 гг., но никто пока не нашел системы, на которой эту теорию можно было бы проверить. Я не знал, что наткнулся именно на такую систему, пока не начал вскрывать своих улиток. Тогда я понял, что смогу проверить мысль Хэмилтона, но, если бы речь шла о вирусах, я бы их просто не заметил. Здесь-то у нас здоровенные плавающие черви, которых запросто можно увидеть под обычным микроскопом.

Лайвли не потребовалось много времени, чтобы обнаружить явные закономерности. Озерные улитки были поражены трематодами заметно сильнее, чем речные, и именно в озерах было больше всего самцов. Причем чем больше паразитов было в том или ином озере, тем чаще там встречались самцы. Единственной гипотезой, логично объяснявшей все три закономерности, была гипотеза Черной Королевы: там, где много паразитов, возникает сильное эволюционное давление в пользу полового размножения.

— Когда у меня собралась примерно половина всех данных, которые я позже опубликовал, я подумал: «Ух ты, это похоже на тенденцию». Поэтому я собрал как можно больше данных, чтобы посмотреть, не исчезнет ли она. Тенденция не исчезла. Сколько озер я ни добавлял к своей схеме, ничего не менялось. Ситуация явно не сводилась к паре случайных озер с необычно высоким уровнем полового размножения и столь же необычно высокой инфицированностью.

Лайвли опубликовал первые результаты по новозеландским улиткам в 1987 г. С тех пор половое размножение стало основной темой его исследований. Он проверил гипотезу Черной Королевы в еще нескольких экспериментах и нашел дополнительные свидетельства в ее пользу. В 1994 г., к примеру, он вместе со своим молодым сотрудником Юккой Йокелом съездил на озеро Александрина на Южном острове Новой Зеландии. Там они собирали улиток как в глубокой части озера, так и на мелководье. На мелководье улитки живут рядом с утками — окончательным хозяином трематод, и здесь же утки роняют яйца паразитов. Яиц этих здесь очень много, поэтому на мелководье заметно больше инфицированных улиток, чем на глубоких местах. Лайвли и Йокела выяснили, что мужских особей на мелководье тоже больше, чем на глубине, вероятно, в результате давления паразитов. Оказалось, что увидеть, как паразиты определяют половую жизнь своих хозяев, можно даже в пределах одного озера.