Поділ підлог здійснили ... паразити

Американські вчені з'ясували, чому свого часу живі істоти перейшли від гермафродитизму до раздельнополости. Експерименти з хробаком Caenorhabditis elegans показали, що гермафродити гірше, ніж роздільностатеві особини, справляються з інфекційними захворюваннями. Виходить, на дві половинки живих істот розділили зовсім не боги, а ... паразити.

Фото: AP

Ви можете здивуватися, однак питання про те, чому в ході еволюції виник такий феномен, як раздельнополость, або, простіше кажучи, чому більшість тварин і рослин діляться на "самців" і "самок", до сих пір не має однозначної відповіді. Якщо подумати, то такий поділ зовсім не пов'язано з переходом до статевого розмноження. Адже подібне розмноження можуть здійснювати і гермафродити - істоти, що мають в своєму тілі як чоловічу, так і жіночу статеву систему (подібні рослини називаються "однодомними"). Причому, всупереч поширеній помилці, насправді гермафродити практично ніколи не спаровуються "самі з собою", а здійснюють перехресне запліднення, під час якого кожна особина поперемінно поводиться то як самець, то як самка.

Крім того, бути гермафродитом вигідніше і з іншої причини - при розмноженні кожна особина може виробляти потомство, тобто навіть в ідеальних умовах популяція, що складається з "двостатеві" особин збільшує свою чисельність в два рази швидше, ніж така, що складається з одностатевих (і, до речі, у гермафродитів відсутня проблема пошуку партнера - спаровуватися можна з будь-якої іншою особиною того ж виду). Виходить, що гермафродити мали вже давно витіснити раздельнополих живих істот з еволюційної арени. Але це лише в теорії. На практиці картина виходить зовсім інший.

Якщо подивитися на більшість великих груп тварин і рослин (в ранзі типів і класів), то ми побачимо, що гермафродити зустрічаються лише серед найбільш примітивних представників цих таксонів. У більш еволюційно просунутих "угрупованнях" їх уже зовсім немає. Хороший приклад - хордові тварини, де гермафродити присутні лише серед найнижчої групи, покривників (Tunicata), ну і часом зустрічаються "в рядах" костистих риб (Teleostei), які теж досить примітивні. А ось серед вищих представників, тобто амфібій, рептилій, птахів і ссавців, в нормі їх немає взагалі.

Читайте також: Найголосистіший співає дітородних органів

Виходить, що тенденція еволюційного розвитку живих істот - це перехід від гермафродитизму до раздельнополости. Однак навіщо їм це треба? Чому потрібно відмовлятися від усіх вигод "двостатевого" існування? Швидше за все, тому, що поряд з перевагами, у гермафродитів, мабуть, є якісь великі недоліки. Однак які ж?

І ось недавно дослідники з Університету Індіани (США), схоже, змогли вирішити цю непросту задачу. Вони припустили, що, мабуть, роздільностатеві особини краще протистоять інфекційних захворювань і паразитарним атакам. В якості експериментальної перевірки своєї гіпотези вони вирішили поспостерігати за змінами "статі" добре відомого всім біологам круглого хробака Caenorhabditis elegans.

Даний представник класу Nematoda, мабуть, є самим вивченим живою істотою у всьому світі. Вчені знають про нього все, аж до молекулярного рівня організації, - що, загалом-то, не дивно, адже його довжина не перевищує одного міліметра, а тіло складається всього-то з 1000 соматичних і 1000-2000 статевих клітин. Крім того, як і більшість нематод, він практично повністю прозорий, тому дослідникам дуже легко спостерігати роботу його внутрішніх органів і навіть окремих клітин.

Нормальним середовищем проживання Caenorhabditis elegans є грунт, а поширена дана нематода практично по всьому світу. Ці круглі черв'яки харчуються в основному бактеріями і ніяким іншим живим істотам шкоди не завдають. Тобто є досить типовим ґрунтовим нематоди. З одним винятком - у них дуже цікавий розподіл підлог.

Фото: AP

Справа в тому, що гермафродити серед нематод досить рідкісні. А ось серед Caenorhabditis elegans ці істоти присутні у великій кількості. Однак у даній нематоди також є і самці. Тобто виходить, Caenorhabditis elegans має дві статі, але вони досить незвичайні - чоловічий і Гермафродитний. Втім, деякі зоологи вважають, що гермафродитизм виник у цих тварин вдруге (теж, до речі, досить рідкісне явище), і ті, хто є "двостатеві" особиною, - насправді, просто видозмінені самки, у яких при розвитку з'явилася чоловіча статева система .

У той же час самок в чистому вигляді у Caenorhabditis elegans не спостерігається, хоча відмічено, що коли в популяції багато самців, то гермафродити грають лише роль самок. А коли останніх недостатньо, то їм доводиться, що називається, працювати за двох. Таке, до речі, буває досить часто - не дивлячись на те, що наявність статі у даних нематод визначається генетично (у них є статева хромосома Х, отже, поєднання ХХ дає гермафродита, а Х0 - самця), при дуже суворих умовах буває так, що самці взагалі не з'являються.

Отже, американські вчені вирішили перевірити, як реагують на інфекційні хвороби гермафродити і самці Caenorhabditis elegans. Як хвороботворного агента була обрана патогенна бактерія Serratia marcescens, яка активно вражає багатьох ґрунтових нематод, атакуючи переважно саме статеву систему. З цими видами було поставлено більше 70 еволюційних експериментів, щоб з'ясувати, як співіснують черв'як і бактерія.

Результати цих експериментів були наступними - популяції, де самців не було взагалі, при довгому контакті з бактеріями швидко вимирали, бо патогенні мікроорганізми позбавляли їх можливості до продовження роду. Ті ж групи, де було досить багато самців, не тільки виживали, а й через якийсь час могли "задавити" інфекцію, причому чим більше було в групі самців, тим коротше був цей часовий проміжок. Виходить, що саме раздельнополих структура дозволяла популяції хробаків вижити, підтримуючи щось на кшталт "збройного перемир'я" між господарем і паразитом, оскільки кожне наступне покоління було більш стійко до патогену, що захищало популяцію від вимирання. І, що найцікавіше, в кожному наступному подібному поколінні самців завжди було більше, ніж в попередньому.

Виходить, що саме наявність паразитів підштовхнуло нематод (і, можливо, всіх інших живих істот) до того, щоб піти від гермафродитизму і перейти до раздельнополости. Але чому ж різностатеві істоти виявилися більш стійкими до хвороб, ніж гермафродити? Можливо, тому, що дві системи організму - імунна і полова - не беруть участі в постачанні організму енергією через їжу (всі інші - нервова, покривна, травна, видільна, дихальна - приймають в цьому діяльну участь). Однак здобуту енергію клітини цих двох систем витрачають, і причому у великій кількості. Тобто є як би "дармоїдами", яких годує весь інший організм.

У разі гермафродитизму є дві статеві системи, тобто на них витрачається в два рази більше енергії. Тому на імунну систему залишається небагато. Але варто зменшити кількість статевих систем (а як ми пам'ятаємо, в присутності самців у гермафродитів Caenorhabditis elegans чоловіча статева система взагалі перестає функціонувати і тим самим витрачати енергію), то імунним клітинам залишається більше енергії, і, отже, ефективність їх роботи підвищується. Тому-то роздільностатеві істоти краще справляються зі всякими інфекціями.

Читайте також: Рішення за нас приймають паразити

В одній древній южноазиатской легенді говориться, що спочатку боги створили людей гермафродитами, а потім, позаздривши їх щастя, розділили кожного на дві половинки (щоб життя медом не здавалося, мабуть). Що ж, тепер вчені з'ясували, що це були за боги. Ними виявилися паразити і носії інфекцій. Саме вони винні в тому, що різностатеві в кінці кінців виграли еволюційну гонку ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"