Разум, приспособленный к спариванию

 

До появления полового размножения живые организмы решали эволюционную задачу распространения своей ДНК разными способами. Один из них – стратегия “разделяй и властвуй”: упаковать ДНК в отдельные клетки, которые будут пожирать питательные вещества до тех пор, пока не достигнут размеров, достаточных для деления пополам; затем дорастить до нужных размеров каждую половинку и, в свою очередь, поделить. Бактерии в совершенстве владеют этой стратегией: они способны удваивать численность своей популяции каждые несколько минут – но при этом беззащитны перед такими мощными средствами массового уничтожения, как зубная щетка и мыло.

Суть другой стратегии – “фабрики клонов” – в том, чтобы вырастить тело, состоящее из миллиардов клеток, а задачу распространения ДНК возложить на их небольшую привилегированную группу, которая отпочкуется и даст начало новым, генетически идентичным телам. Так размножаются многие грибы, воплощая в жизнь классические сельские добродетели – простоту и плодовитость. В краткосрочной перспективе эта стратегия успешна, но в долгосрочной с ней возникают проблемы. Когда появляется вредная мутация – а рано или поздно это происходит, – в рамках такой стратегии от нее уже невозможно избавиться. Из‑за склонности к накоплению вредных мутаций бесполые организмы, в общем‑то, непригодны для обрастания разнообразными сложностями. Это связано с тем, что усложнение как тела, так и разума требует увеличения количества ДНК, а чем больше ДНК, тем больше проблем с мутациями.

За последние несколько сотен миллионов лет множество видов перешло на половое размножение – третий, самый модный способ распространения ДНК, снабженный опцией очистки от мутаций. Чтобы размножиться таким способом, нужно: вырастить тело, состоящее из триллионов клеток, произвести с его помощью спецупаковки с ДНК, обеспечить встречу этих упаковок с упаковками другого подходящего организма и скомбинировать свою ДНК с чужой, чтобы в результате получилось потомство, несущее признаки обоих родителей. Из 1,7 миллиона всех известных земных видов бо́льшая часть использует половое размножение: сюда входят почти все растения крупнее лютика и почти все животные крупнее большого пальца руки. Половым путем размножаются почти все насекомые, все птицы и все млекопитающие, включая приматов.

 

Ошибки копирования

 

Скорее всего, исходно этот механизм комбинирования молекул ДНК – половой процесс – был не слишком точным. Это был просто самый удобный способ сделать так, чтобы не все потомки унаследовали ваши мутации. В эволюции мутация, как правило, плохое событие. Практически все мутации вредны, поэтому для их исправления живые организмы обзавелись хитроумным аппаратом репарации ДНК. Безусловно, в долгосрочной перспективе мутации необходимы для эволюционного прогресса, поскольку некоторые из них оказываются полезными, когда вид сталкивается с новыми проблемами и задачами. Но живые организмы не строят долгосрочных планов: для них мутации – просто ошибки копирования ДНК, возникающие при попытке ее распространения путем производства потомства.

Если у вас все гены представлены единственной копией, вовремя отследить возникновение ошибок копирования того или иного типа очень трудно. Некоторые ошибки для систем репарации сразу выглядят как‑то не так – и их эти системы быстро фиксируют как химический нонсенс. Но есть ошибки, которые внешне почти никак не меняют ДНК, и такие псевдонормальные мутации становятся настоящей проблемой. Для систем репарации эта ДНК выглядит обычно, но если попытаться на ее основе выстроить новый организм, она будет работать неправильно, снижая биологическую эффективность организма – то, что называют приспособленностью. Если никак не избавляться от таких мутаций, они будут накапливаться в череде поколений, все сильнее снижая приспособленность потомства.

В своей недавней работе биологи Адам Эйр‑Уокер и Питер Кейтли рассчитали, что у человека количество вредных мутаций, которых не было у его родителей, составляет в среднем 1,6. У наших предков мутации должны были накапливаться примерно с той же скоростью. Генетик Джеймс Кроу считает, что это слишком осторожная оценка и в каждом поколении люди должны приобретать в среднем три новые вредные мутации. Это не кажется таким уж страшным, учитывая, что в нашем геноме около 80 тысяч генов[26], но такая скорость накопления мутаций близка к теоретическому пределу, после которого отбор перестанет с ними справляться. Чтобы вид не вымер из‑за избытка вредных мутаций, отбор должен их вычищать в среднем с такой же скоростью, с какой они возникают – иначе начнется мутационное вырождение вида. По техническим причинам мутационного вырождения очень трудно избежать, если на одну особь приходится больше одной новой вредной мутации. Не исключено, что без полового размножения это вообще невозможно.

Половое размножение могло возникнуть как способ минимизации вреда мутаций. Смешение ДНК с ДНК партнера гарантирует, что любую вашу мутацию унаследует лишь половина потомства. Конечно, у партнера есть и свои мутации, но почти наверняка это другие мутации в других генах. А поскольку потомки получают по две копии каждого гена, нормальная копия гена одного из родителей зачастую маскирует недостатки второй, мутантной. Этим и плох инцест: у близких родственников мутации могут быть одинаковыми, поэтому у детей от таких союзов вредные мутации не будут компенсироваться нормальными копиями генов. Как происходит компенсация? Например, если какой‑нибудь белок нужен вам в небольших количествах, вам хватит и одной рабочей копии кодирующего его гена. Тогда то, что со второй, мутантной, копии не синтезируется функциональный белок, может не иметь особого значения. Такой маскирующий эффект называется генетическим доминированием. Благодаря ему половой процесс стал мощным инструментом сокращения вреда от мутаций.

Но доминирование часто небезупречно и на самом деле служит лишь краткосрочным решением проблемы. Иногда все же лучше иметь две рабочие копии гена, чем одну, а компенсация вредных мутаций приводит к их накоплению в популяции. Чтобы этого не происходило как можно дольше, половой процесс придумал кое‑что рискованное. Представим себе двух родителей со средним по популяции количеством мутаций. Каждый из них передает потомству половину своих генов. Большинство детей в итоге унаследует примерно столько же мутаций, сколько их было у каждого из родителей. Но некоторым может повезти, и тогда от матери и от отца им достанется меньше мутаций, чем в среднем. У этих счастливчиков геном будет лучше, чем в среднем по популяции, и они смогут без проблем выживать и успешно размножаться. Их гены с пониженным числом мутаций будут переходить следующим поколениям и распространяться по популяции. Другим же потомкам может повезти гораздо меньше: они унаследуют слишком много мутантных генов от родителей, и это приведет к их гибели на ранних этапах развития. Погибая, они унесут с собой в эволюционную могилу множество вредных мутаций.

Этот эффект чрезвычайно важен. Распределяя мутации между потомками неравномерно, половой процесс преследует цель обеспечить хотя бы некоторых из детей отличным набором генов. Такие особи станут хранителями генетической информации, необходимой для поддержания вида в рабочем состоянии. С эгоистичной точки зрения гена совершенно неважно, что часть потомства получит набитые мутациями гены, поскольку рано или поздно все эти мутации все равно отсеются. Даже лучше сконцентрировать мутации в минимально возможном количестве тел, чтобы уменьшить долгосрочный вред мутационного груза для популяции. Инвестиционные аналитики, думаю, согласились бы с тем, что половое размножение – это способ реализации стратегии принятия риска. Поскольку в долгосрочной перспективе эволюция – это состязание по принципу “победитель получает всё”, гораздо выгоднее произвести немного отлично приспособленных потомков, чем множество посредственностей.