Кислород. Молекула, изменившая мир

Во-вторых, некоторые виды организмов наследуют митохондрии от обоих родителей. Они каким-то образом решают проблему несовместимости митохондрий. Возможно, в какой-то степени это справедливо и для нас: как мы только что обсуждали, судьба митохондрий сперматозоидов до конца не ясна. Некоторые исследователи объясняют их кажущееся исчезновение просто эффектом разбавления, и исключить эту возможность мы не можем. В человеческом сперматозоиде содержится от 40 до 60 митохондрий, а в человеческой яйцеклетке — свыше 100 тыс. Таким образом, фактор разведения составляет не менее 1000, что ниже предела обнаружения многих методов анализа митохондриальной ДНК. Эксперименты на мышах с привлечением более чувствительных методов показывают, что мужские и женские митохондрии передаются в соотношении от 1:1000 до 1:10 000. Вопрос этот еще не исследован до конца, но я уверен, что вскоре мы получим окончательный ответ.

Эти два обстоятельства не позволяют объяснить эволюцию двуполой системы размножения с помощью теории «эгоистичных» митохондрий, но факт остается фактом: некоторые животные применяют удивительные ухищрения, чтобы не допустить передачи мужских митохондрий следующему поколению. К примеру, некоторые виды дрозофил в процессе развития прячут митохондрии сперматозоидов в кишечнике личинок, а вылупившиеся насекомые сразу выводят их из организма. Это удивительно. Передача митохондрий фактически определяет разницу между полами на уровне половых клеток. Почему это так? Ответ, на мой взгляд, был высказан биологом Джоном Алленом из Университета Лунда (Швеция) в статье, опубликованной в 1996 г. в журнале Journal of Theoretical Biology. Этот журнал отличается удивительной эрудицией своих авторов и разнообразием идей — от тончайших до нелепых. Аллен пытается объяснить эволюцию двух полов, используя логику митохондриальной теории старения. Он считает, что мужские митохондрии не передаются следующему поколению, поскольку представляют собой бомбу замедленного действия: они непоправимо испорчены кислородом, и их наследование повлечет за собой рождение преждевременно постаревших детей. Дыхание кислородом требует наличия двух полов. В таком случае именно кислород стал причиной появления двуполого способа размножения.

Основная идея Аллена заключается в следующем: если митохондрии повреждают свою ДНК путем поглощения кислорода и не могут систематически вычищать свой геном с помощью полового процесса или бинарного деления, единственный способ предотвратить передачу поврежденной митохондриальной ДНК следующему поколению заключается в остановке митохондриального дыхания. Другими словами, единственный способ сохранения целостности митохондрий состоит в их отключении. Эта идея имеет несколько следствий, многие из которых, безусловно, справедливы, и все поддаются проверке. В таком случае детали механизма полового размножения могут подтвердить справедливость митохондриальной теории старения.

Чтобы проанализировать идею Аллена, нужно обратиться к рассмотрению одной из проблем полового размножения — проблеме поиска подходящего партнера. C ней сталкиваются как одноклеточные существа, так и люди, пытающиеся найти свою половину, и способ решения для всех практически один и тот же. Когда два человека перемещаются в поисках друг друга, эффективность поиска не выше, чем когда один ищет, а другой ждет: на этом основана деятельность службы знакомств. В случае половых клеток одна клетка должна двигаться в поисках подходящего партнера, но вероятность встречи не повышается, когда движутся обе клетки. Одна клетка может оставаться на месте и должна только подавать сигнал присутствия или готовности. У нас с вами и у многих других животных сперматозоид подвижен, а яйцеклетка нет. На самом деле, словом «самец» принято обозначать пол, производящий большое количество мелких подвижных гамет, а словом «самка» — пол, производящий небольшое количество крупных неподвижных гамет.