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

Шебби-шик Шебби-шик

Особенности самого уютного стиля и его применение в интерьере

Лиза
Интеллект на службе насилия: как ученые становятся невольными участниками конфликтов Интеллект на службе насилия: как ученые становятся невольными участниками конфликтов

Почему наука и технологии работают не только на созидание и мирное развитие?

Forbes
Париж стоит мессы? Париж стоит мессы?

На протяжении почти 40 лет во Франции полыхала одна война

Дилетант
Северная формула счастья Северная формула счастья

Как в Исландии, Дании и Швеции научились радоваться простым вещам?

Лиза
Торг тут уместен Торг тут уместен

Крупнейшие биржи мира делают ставку на ESG-трансформацию

РБК
Жизнь в стиле хюгге Жизнь в стиле хюгге

10 золотых правил в интерьере для создания уюта

Лиза
Самый обаятельный маньяк в истории: как Джек Унтервегер очаровал весь мир, чтобы продолжить убивать Самый обаятельный маньяк в истории: как Джек Унтервегер очаровал весь мир, чтобы продолжить убивать

Как маньяк стал культовым поэтом и писателем

VOICE
Франция глазами импрессионистов: путешествие по 5 картинам Франция глазами импрессионистов: путешествие по 5 картинам

Как Франция запечатлена в творчестве Моне, Ренуара, Писсаро и других живописцев

Вокруг света
Как сделать кожу светлее: домашние средства, научные факты и советы врача Как сделать кожу светлее: домашние средства, научные факты и советы врача

За счет чего работают средства по осветлению кожи и как не навредить себе

РБК
Правило левой руки Правило левой руки

Армения — машина времени с затонированным лобовым стеклом

Автопилот
Rosetti Emocean Rosetti Emocean

Rosetti Emocean — яхта-победитель конкурса World Superyacht Awards 2022

Y Magazine
«Хочу поиграть в англоязычной команде»: Бумыч о планах на будущее, своей карьере и бывшей жене «Хочу поиграть в англоязычной команде»: Бумыч о планах на будущее, своей карьере и бывшей жене

Киберспортсмен Кирилл «Boombl4» Михайлов — о репутации и команде мечты

Maxim
Конфликт на работе: как выйти из него с честью — 7 работающих советов Конфликт на работе: как выйти из него с честью — 7 работающих советов

Возможно ли избежать конфронтации?

Psychologies
Загадочные исчезновения самолетов, которые до сих пор никто не смог разгадать: тайна пропавших судов Загадочные исчезновения самолетов, которые до сих пор никто не смог разгадать: тайна пропавших судов

Истории, когда самолеты просто пропадали в воздухе

ТехИнсайдер
Что вас удержит на плаву? Что вас удержит на плаву?

Откройте для себя то, что защищает вас и помогает вам преодолевать невзгоды

Psychologies
Дитя ночи: история Евы Ионеско, которая снимает фильмы о сексуальной эксплуатации Дитя ночи: история Евы Ионеско, которая снимает фильмы о сексуальной эксплуатации

Ева Ионеско в 11 снялась для Playboy и дебютировала в фильме для взрослых

Forbes
Первый в мире: каким был президент Федерации фигурного катания Александр Горшков Первый в мире: каким был президент Федерации фигурного катания Александр Горшков

Как складывалась карьера президента Федерации фигурного катания Горшкова

СНОБ
«Ничего не получится»: 5 шагов, чтобы изменить будущее — попробуйте прямо сейчас «Ничего не получится»: 5 шагов, чтобы изменить будущее — попробуйте прямо сейчас

Почему люди ограничивают себя в попытках изменить будущее?

Psychologies
Мир изменился, а королева — нет: как сериал «Корона» рассказывает нам историю ХХ века Мир изменился, а королева — нет: как сериал «Корона» рассказывает нам историю ХХ века

О чем на самом деле рассказывает сериал «Корона»?

Forbes
Как читать метафорические карты? Представляем новую колоду и рассказываем принципы работы с ней Как читать метафорические карты? Представляем новую колоду и рассказываем принципы работы с ней

Новая авторская колода метафорических карт «Сад царевны»

Psychologies
Как определить, вы эмпат или сверхчувствительный человек? Как определить, вы эмпат или сверхчувствительный человек?

Как определить свой эмоциональный тип?

Psychologies
«Войны всегда идут не так, как планировалось». Рэй Далио о том, как мир оказался на пороге самого серьезного экономического и политического шока за последние сто лет «Войны всегда идут не так, как планировалось». Рэй Далио о том, как мир оказался на пороге самого серьезного экономического и политического шока за последние сто лет

Рэй Далио о том, как мир оказался на пороге такого серьезного шока

Inc.
Создатели проекта PIMS — об идеальной формуле бренда Создатели проекта PIMS — об идеальной формуле бренда

О пути развития бренда PIMS и особенностях рынка продуктов to go

СНОБ
«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
Почему мы набираем вес зимой и как этого избежать? Почему мы набираем вес зимой и как этого избежать?

Нужно ли нам запасать жир на зиму и как избежать зимней прибавки в весе

Правила жизни
Правда ли, что выражение «Если у них нет хлеба, пусть едят пирожные!» принадлежит Марии-Антуанетте? Правда ли, что выражение «Если у них нет хлеба, пусть едят пирожные!» принадлежит Марии-Антуанетте?

Мария-Антуанетта была просто создана для того, чтобы о ней сплетничать

Maxim
«Монастырь»: как сериал с Настей Ивлеевой понятным языком говорит о вере и церкви «Монастырь»: как сериал с Настей Ивлеевой понятным языком говорит о вере и церкви

Почему РПЦ оказалась недовольна сериалом «Монастырь»?

Forbes
«Он просто машина»: экс-сотрудники рассказали о культуре в Revolut Сторонского «Он просто машина»: экс-сотрудники рассказали о культуре в Revolut Сторонского

В Revolut царит среда «ожесточенной конкуренции»

Forbes
Доставка жизни: 4 факта о донорстве костного мозга Доставка жизни: 4 факта о донорстве костного мозга

Что такое донорство костного мозга?

Вокруг света
Юрий Грымов: Юрий Грымов:

Я считаю, что никакой преемственности в искусстве нет и быть не может

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении