Сегодня мы ищем ответ на вопрос «Зачем нужен мейоз?»

СНОБ18+

Недооцененные прелести секса

Продолжаем публикацию цикла «Зачем живые любят друг друга» о загадках размножения и других парадоксах биологии. Сегодня мы ищем ответ на вопрос «Зачем нужен мейоз?», и для этого понадобятся не одна, а сразу две главы

Алексей Алексенко

1.jpg
Иллюстрация: Лика Сочкина

Глава тридцать третья, внутри которой есть «интрон» — глава тридцать четвертая

О мейозе можно рассказывать бесконечно. Собственно, о чем угодно можно рассказывать бесконечно, и в любой большой застольной компании найдется зануда, который охотно демонстрирует этот фокус. Но нам в какой-то момент придется все же устремиться к финалу. Поэтому перейдем к главному вопросу: как мог появиться в природе такой прихотливый механизм?

Заметьте: поскольку без мейоза не бывает никакого полового размножения, это тот же самый вопрос, который мы мусолим с самого начала нашей истории: как мог появиться секс? Только теперь вместо сливающихся и разделяющихся по-новому обобщенных мешков с генами, столь милых сердцам теоретиков начала ХХ века, у нас есть изощренная машина с десятками важных деталей, и для убедительного ответа придется объяснить не только все вместе, но и каждую деталь. Конечно же, окончательного ответа у биологов пока нет: речь пойдет только о гипотезах.

Начать, наверное, удобнее вот с чего: что самое главное в мейозе? Там происходит сразу три важных дела, и так сразу не скажешь, какое из них главнее.

Во-первых, при мейозе происходит кроссинговер. Хромосомы обмениваются участками, обеспечивая ту самую перетасовку генов, с которой отцы-основатели генетики связывали необходимость секса: создаются новые комбинации, дающие материал для отбора, полезные и вредные мутации отделяются друг от друга, чтобы отбор имел возможность испытать каждую в отдельности, почистить геном от всего вредного и зафиксировать полезные приобретения.

Во-вторых, рекомбинация начинается с двойных разрывов в ДНК, и очень похоже на то, что «починка» молекул ДНК по образцу гомологичной последовательности — это и есть первичная задача рекомбинации, а уж перетасовка генов — просто дополнительный бонус. Возможно, и сам мейоз изначально сконструирован природой для решения этой задачи, а все остальные его особенности — просто полезные надстройки?

В-третьих, при мейозе число хромосом сокращается вдвое: геном превращается из диплоидного в гаплоидный. Может показаться, что это просто неизбежная техническая надстройка, однако это может быть важным и само по себе. В природе есть множество способов сделать из гаплоидного генома диплоидный: например, клетка удвоит свои хромосомы, а потом забудет поделиться. И как бы редко такое ни случалось, это билет в один конец: никакого способа вернуть число хромосом к норме не существовало бы… если бы не мейоз.

Долгое время большинство биологов по умолчанию предполагали, что самое главное в мейозе — наше «во-первых», то есть провозглашенное Августом Вейсманом создание новых комбинаций признаков, не дающее естественному отбору скучать. Однако взглянем без предвзятости на другие варианты.

Возможно, мейоз нужен для того, чтобы чинить ДНК?

Наверное, логично предположить, что в самом главном механизме мейоза должны быть задействованы самые древние, проверенные временем детали. Тут можно сразу вспомнить про белок RecA, он же RAD51, он же DMC1, — у разных организмов он называется по-разному, а у моего любимого грибка это вообще UvsC, то есть ген чувствительности к ультрафиолетовому излучению, однако структура этого белка на удивление схожа у всех трех главных ветвей земной жизни, бактерий, архей и эукариот. Ему помогает еще один отлично сохранившийся белок, который у бактерий называется Ssb — single strand binding. Наконец, Spo11, который начинает рекомбинацию, внося в молекулу ДНК двойной разрыв, — ближайший родственник бактериальных белков, которые называются «топоизомеразы».

Но что эти белки делают у бактерий? Их главная работа — починка повреждений ДНК. Каких именно? Например, разрывы в цепи ДНК: весь процесс рекомбинации устроен так, как будто починить двойные разрывы — это и есть его главная цель. Но вот более сложный случай: под действием радиации соседние буквы Т в ДНК (остатки тимина) соединились бессмысленной химической связью. Такую мерзость клетка из своей хромосомы безжалостно вырезает, нередко прихватывая и соседние буквы. А чтобы залатать брешь, опять же удобно воспользоваться последовательностью партнера. Наконец, есть и обычные мутации — замены одной буквы на другую, которые для клетки выглядят ничем не примечательно: она не знает заранее, правилен ли ее вариант текста, или, наоборот, хороший ген на хромосоме-партнере, а у нее закралась ошибка. Поправив одну из хроматид по образцу гомолога (а вторую оставив как есть), хромосома получает уверенность, что хотя бы у половины ее потомков все сложится хорошо.

При бактериальной «генетической трансформации», о которой шла речь в 26-й главе нашей истории, — когда бактерия вылавливает в окружающей среде кусочки ДНК и примеряет их в собственную хромосому — и речи нет о том, чтобы перетасовывать какие-то гены и образовывать новые комбинации признаков. Бактерия просто спасается от смертельной угрозы. И если вы хотите побудить бактерию заняться генетической трансформацией, нужно просто поставить ее в невыносимые условия, например, добавив в среду вещество, вызывающее повреждения ДНК.

Заметим, что похожим способом — подвергнув клетки стрессу, вызывающему повреждения ДНК, — можно заставить несложных эукариот, вроде дрожжей, перейти к мейозу и споруляции.

Итак, по этому критерию придется предположить, что наше «во-вторых» — то есть именно текущий ремонт ДНК, а не перетасовка генов и тем более не нормализация числа хромосом — самая древняя, а потому и самая главная функция мейоза. Именно она напрямую произошла от повседневных практик бактерий — трансформации и конъюгации, — когда о сексе в земной природе еще никто не помышлял.

На этой идее очень настаивают Кэрол и Харрис Бернстейн — удивительная семейная пара, чьи первые совместные статьи о починке повреждений ДНК появились более полувека назад. Кэрол и Харрис до сих пор работают в университете Аризоны и продолжают писать статьи вместе. Они утверждают, что если поискать что-то похожее на мейоз в мире безъядерных организмов, то первое, что бросается в глаза, — это некие интимные шуры-муры, происходящие между клетками архей в процессе обмена генами. В одной из глав я едва ли не в шутку упомянул, что мы с уважаемым читателем по существу археи — ну так вот, в том, что касается мейоза, в этой шутке может быть чуть больше правды, чем готовы сегодня признать большинство биологов (а может быть, и не больше: повторю, что речь идет всего лишь о гипотезах).

А ведь мы уже знаем, что наш предок — архея, вступившая в эндосимбиоз с бактерией и поселившая ее внутри своей клетки, превратив в митохондрию, — прошел в своей истории через трудный период, когда его геном едва выстоял перед натиском многочисленных мутаций. Логично предположить, что если секс нужен для починки ДНК, то вот тут-то отбор и заставил этого предка развить и усовершенствовать свои сексуальные практики, в результате чего появился примитивный мейоз.

Заметим, однако, что, если верить гипотезе Билла Мартина и Евгения Кунина (см. главу 24), эти мутации, атаковавшие нашего общего предка на заре истории жизни, были весьма специфического свойства. Это была атака эгоистичных мобильных элементов. Они внезапно выскочили из генома прирученной нашим предком бактерии, где до этого обитали в относительном мире и благополучии, и бросились портить геном археи, влезая в ее гены и нарушая их функции. Напомню, что от этих мобильных элементов, похоже, произошли интроны — вставочные последовательности ДНК, которые прерывают записанную в наших генах информацию и которые поэтому приходится вырезать перед тем, как синтезировать закодированный в гене белок. Огромное число интронов — главное отличие геномов высших организмов от бактерий и архей.

Конечно, во время атаки будущих интронов геном бедного предка понес самые разные повреждения, в том числе и точечные мутации, и разрывы в ДНК. Однако, наверное, самой частой проблемой было просто появление эгоистичного элемента там, где его раньше не было, например прямо в середине важного гена. Если гипотеза верна и мейоз нам понадобился именно в этот сложный момент, тогда, наверное, в нем могли сохраниться древние приспособления как раз для такого случая. Конечно, интроны нам больше ничем не грозят — все высшие организмы выработали себе изощренную механику, чтобы вырезать интроны из РНК и просто не обращать внимания на этот странный реликт древних времен, а то и использовать их себе на благо. Однако другие мобильные элементы по-прежнему существуют в наших геномах и иногда скачут с места на место, причиняя некоторые неудобства. Есть ли в нашем мейозе какие-то гаджеты, помогающие с ними сладить?

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Красота и время Красота и время

Женская красота — та самая условность, которая влияет на всю нашу жизнь

Новый очаг
Сергей Кудряшов: «Узнать за 60 дней» Сергей Кудряшов: «Узнать за 60 дней»

Можно ли в сжатые сроки перевести крупную компанию на новые ИТ-рельсы

РБК
Смешать, но не взбалтывать Смешать, но не взбалтывать

Выбираем подходящий блендер

Лиза
Безуглеводная диета Безуглеводная диета

Насколько безуглеводная диета полезна для организма?

Лиза
Араму 60! Араму 60!

Латук недолговечен, воспоминания великого человека — бесценны!

Собака.ru
В египетском некрополе нашли мумии с золотыми языками: вы поразитесь! В египетском некрополе нашли мумии с золотыми языками: вы поразитесь!

В некрополе Кувайсна ученые нашли непростых мумий

ТехИнсайдер
Крысы зажгли под Моцарта: у животных выявили способность двигаться в такт музыке Крысы зажгли под Моцарта: у животных выявили способность двигаться в такт музыке

Ученые выяснили, что людей и зверей роднит врожденное чувство ритма

Вокруг света
Как стать менее уверенным в себе и более мудрым Как стать менее уверенным в себе и более мудрым

Отрывок из книги Марка Мэнсона «Тонкое искусство пофигизма»

Psychologies
Ледяной кулак: как СССР спрятал сверхсекретную военную базу в настоящем айсберге Ледяной кулак: как СССР спрятал сверхсекретную военную базу в настоящем айсберге

Советские инженеры вели строительство «неубиваемой» морской базы внутри айсберга

ТехИнсайдер
«God укажет нам путь»: отрывок из новой книги Наринэ Абгарян «God укажет нам путь»: отрывок из новой книги Наринэ Абгарян

Отрывок из книги «Молчание цвета» — история разных людей

Forbes
Столик на одного: что значит быть синглом и как живут женщины «без пары» в России Столик на одного: что значит быть синглом и как живут женщины «без пары» в России

Кто такие синглы и чем женский статус «без пары» отличается от мужского

Forbes
Главные конкуренты нового «Москвича». Список моделей и цены Главные конкуренты нового «Москвича». Список моделей и цены

Пять китайских кроссоверов, которые будут играть на одном поле с «Москвичом»

РБК
На изящном: На изящном:

Как журналист превратил "Гернике" в одну из самых ярких пропаган ХХ века

Правила жизни
Почему винный бокал увеличился в семь раз за последние 300 лет? Почему винный бокал увеличился в семь раз за последние 300 лет?

История бокалов так же стара, как история алкогольных напитков

ТехИнсайдер
«Кто не курит и не пьёт...» «Кто не курит и не пьёт...»

К чему приводит употребление алкоголя и курение?

Здоровье
Бестселлер о женщине-химике, которая превратила кухню в лабораторию Бестселлер о женщине-химике, которая превратила кухню в лабораторию

Отрывок из книги Бонни Гармус «Уроки химии»

Forbes
Как настроить новый экран блокировки на iPhone Как настроить новый экран блокировки на iPhone

Как самостоятельно настраивать экраны блокировки в iOS 16

CHIP
Как живет немецкая коммуна анархистов, в которой дети могут выбирать себе родителей Как живет немецкая коммуна анархистов, в которой дети могут выбирать себе родителей

Коммуны Нидеркауфунген — удивительная история анархистов из Германии

Maxim
История одной фотографии: первый секс-шоп в ГДР, 1989 История одной фотографии: первый секс-шоп в ГДР, 1989

Первый секс-шоп ГДР принадлежал старушке-каскадерше по имени Беате Узе

Maxim
Большинство озер на Земле изменят цвет к 2100 году: какими они станут? Большинство озер на Земле изменят цвет к 2100 году: какими они станут?

Совсем скоро мы не узнаем свою планету

Вокруг света
Что делать, чтобы доходы мужа выросли: 7 советов для жены Что делать, чтобы доходы мужа выросли: 7 советов для жены

За каждым успешным мужчиной стоит женщина, которая… ему не мешает

Psychologies
Авария Пола Уокера: что случилось со звездой «Форсажа» 9 лет назад Авария Пола Уокера: что случилось со звездой «Форсажа» 9 лет назад

Вспоминаем знаменитого актера Пола Уокера и как он ушел из жизни

РБК
Александр Ведяхин: «Сегодня рынок акций отражает геополитические риски» Александр Ведяхин: «Сегодня рынок акций отражает геополитические риски»

Александр Ведяхин о том, как новые условия влияют на частные инвестиции

РБК
«Ледники Эльбруса сократились более чем на 20%»: 11 вопросов гляциологу «Ледники Эльбруса сократились более чем на 20%»: 11 вопросов гляциологу

Зачем нужен атлас ледников Эльбруса и как блестки помогают «нашаманить» погоду?

Вокруг света
Секс без обязательств: большой разбор с психологами — изучите все плюсы и минусы Секс без обязательств: большой разбор с психологами — изучите все плюсы и минусы

Мы говорим: «Это же просто секс, ничего серьезного», но так ли это?

Psychologies
5 причин, почему быстрая зарядка может разочаровать 5 причин, почему быстрая зарядка может разочаровать

Быстрая зарядка: какие проблемы могут вас ждать

CHIP
Какие черты характера помогают нам стать богаче Какие черты характера помогают нам стать богаче

Какие черты характера помогают (или мешают) нам разумно распоряжаться доходом

Psychologies
Сила черного золота: 5 интересных книг о нефти Сила черного золота: 5 интересных книг о нефти

Топ-5 книг про нефть

ТехИнсайдер
Теперь, как тогда Теперь, как тогда

Холодный взгляд на чужое прошлое в сериале Адама Кёртиса о перестройке

Weekend
Свидания после развода: 4 главных правила — узнайте, как построить новые отношения Свидания после развода: 4 главных правила — узнайте, как построить новые отношения

Как найти силы снова отправиться на поиск подходящего партнера?

Psychologies
Открыть в приложении