Старинное приспособленье: как слиться с любимым существом
Продолжаем публикацию цикла «Зачем живые любят друг друга» о загадках размножения и других парадоксах биологии. В этой части школьникам морочат голову гаметофитами и спорофитами, а клетки учатся сливаться друг с другом
Часть третья: Умножение и деление
Глава двадцать пятая, из которой читатель с изумлением узнает, что он — почти архея
Настала пора перейти к самому загадочному делу, которое мы делаем ради полового размножения: к мейозу. Этот странный клеточный обряд, как уже было сказано, в том или ином виде существует у всех сложных организмов (эукариотов). При этом его вроде бы и в помине нет у организмов попроще — бактерий и архей. Здесь-то и кроется загадка: в прошлой главе речь шла о том, как однажды архея и бактерия решили жить вместе — бактерия внутри археи — и потом из этого «великого симбиоза» вышла вся сложная многоклеточная жизнь на планете. Но это значит, что обряд мейоза со всеми его странностями и обременительными сложностями успел с нуля возникнуть и оформиться именно на этом фиксированном отрезке дистанции — от эндосимбиоза до нашего общего предка, которого, кстати, называют LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor). Эта часть повествования будет в основном посвящена вопросу «Как такое случилось?!» — с неизбежными раздражающими отступлениями и ненужными подробностями, как мы любим.
Наше половое размножение при всем его разнообразии сводится к трем (если угодно, четырем) основным событиям:
- Две родительские клетки сливаются. Потом сливаются их ядра и получается одно диплоидное ядро. Между слиянием клеток и слиянием ядер может пройти много времени, поэтому и непонятно, считать это одним событием или двумя. Наверное, все же двумя, потому что для несложных организмов вроде грибов слияние клеток может быть полезно даже само по себе — оно позволяет объединить силы, когда каждая клетка по отдельности не обладает инструментарием для выживания в данных условиях.
- После слияния ядер происходит рекомбинация: хромосомы двух родителей обмениваются между собой участками. Когда я говорю «после слияния», я не имею в виду «немедленно»: в это «после» у нас с вами умещается почти вся наша жизнь. Слияние клеток и ядер происходит при зачатии, а рекомбинация — это уже, знаете ли, половая зрелость, и ее результатами будет пользоваться только следующее поколение. Поэтому всю жизнь мы живем диплоидами — существами с двойным набором хромосом, один от папы, один от мамы, и они не перемешиваются. У организмов попроще бывает и по-другому: рекомбинация происходит сразу после слияния ядер, и все тотчас переходит в финальную стадию (см. следующий пункт).
- Чтобы повторить этот цикл в следующем поколении, надо снова уменьшить число хромосом вдвое, иначе оно будет удваиваться в каждом поколении. Здесь важно, чтобы прорекомбинировавшие хромосомы точно разошлись между клетками-потомками. Если в одного потомка попадут две копии, а в другого ни одной, то второй, а возможно, и первый потомок — не жильцы. Это называется «редукционное деление».
Строго говоря, за два последних события как раз и отвечает мейоз, а первое (или первые два) — независимая история, которая часто происходит в другой (другие) момент(ы) времени. У растений, например у мха, эти события разбивают жизнь на очень непохожие друг на друга этапы. После слияния клеток и ядер образуется спорофит — диплоидное существо, которое некоторое время живет в свое удовольствие, фактически паразитируя на родителе, а потом образует споры. Образование спор и есть мейоз. Из спор вырастают другие существа — гаметофиты. Они гаплоидны, их судьба — покрывать зеленым ковром кочки и стволы деревьев — якобы с одной стороны, чтобы туристу было легче отличить север от юга, — а на самом деле где угодно, чтобы бедняга сильнее заблудился. Но смысл жизни гаплоидного гаметофита не в этом, а в произведении гамет — тех самых клеток, которым предстоит слиться друг с другом, чтобы завершить цикл.
Скольких любознательных детей заворожили все эти гаметофиты и спорофиты! И скольких они навсегда оттолкнули от биологии. Однажды мне попался в руки учебник биологии для шестого класса, авторы В. П. Викторов и А. И. Никишов. Там бедных шестиклашек заставляли заучивать какие-то слова про спорофитов и гаметофитов — за два года до того, как они узнают слово «хромосома», не говоря уже о гаплоидах и диплоидах. Так, наверное, и образовался этот удивительный русскоязычный феномен — этакий таинственный туман из плохо определенных терминов и расплывчатых мантр, сдобренный провидческими цитатами из А. Н. Северцова и И. И. Шмальгаузена, который в прежние времена многие принимали за биологическую науку. Впрочем, это было лирическое отступление.