Половое размножение появилось из-за паразитов

Ученые экспериментально подтвердили гипотезу о возникновении полового размножения, согласно которой половое размножение появилось эволюционно как средство борьбы с паразитами.

Секс правит миром, однако о причинах возникновения полового размножения в науке пока нет единого мнения. Среди нескольких гипотез есть одна, которая утверждает, что половое размножение возникло как… способ защиты от паразитов.

Размножаться половым путем энергетически затратно. Бесполый способ распространен у бактерий и растений. Некоторые беспозвоночные и даже рептилии также могут размножаться партеногенетически, без участия самца. Хотя партеногенез -- это, если быть точными, не бесполое, а однополое размножение. Он позволяет каждой особи самой давать потомство, не утруждая себя поиском партнера и не тратя сил на половое поведение. Захотел -- размножился. Популяция, практикующая такой способ, выигрывает количественно и теоретически может численно подавить популяцию, где для размножения необходимо участие двух полов.

Тем не менее в животном и растительном мире подавляющее большинство предпочитает половое размножение. Очевидно, что оно дает эволюционные преимущества. В числе этих преимуществ некоторые ученые видят большую устойчивость к паразитам.

Эксперимент длиной в десятилетие

Юкка Йокела (Jukka Jokela) из Швейцарского федерального института водных исследований и технологии (Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology) и Марк Дибдаль (Mark Dybdahl) из Вашингтонского университета (University of Washington) проверили эту гипотезу в многолетнем исследовании.

Объектом исследования стали пресноводные брюхоногие моллюски (Potamopyrgus Antipodarum), распространенные в Новой Зеландии. Эти улитки могут с равным успехом размножаться как партеногенетически, так и половым путем. На них паразитируют более десятка видов плоских червей (трематод). Паразиты в разной степени вредоносны для своих хозяев, но некоторые виды трематод могут полностью стерилизовать улиток, лишить их способности к размножению.

Ученые наблюдали за природными популяциями улиток в течение десяти лет. Каждый год они собирали улиток из 11-20 разных мест со дна озера, проводили генетический анализ и оценивали их зараженность паразитами.

О чем говорит Черная Королева

Изучая взаимоотношения улиток и паразитов, биологи приняли за основу гипотезу под названием «гипотеза Черной Королевы» (The Red Queen Hypothesis). Она объясняет равновесие между эволюционирующими видами («бег на месте»). В случае с паразитами и их хозяевами ситуация такова. При партеногенезе организм порождает свои генетические клоны. Паразиты эволюционируют быстро и поэтому быстро приспосабливаются к наиболее многочисленным клонам. А приспособившись, начинают снижать их численность. Так что через какое-то время эти клоны сокращаются или вообще исчезают, а на сцену выходят другие клоны, до поры до времени редкие. И все повторяется сначала. Таким образом, паразиты ограничивают численность организмов, размножающихся партеногенетически.

Паразиты проводят селекцию

Десятилетнее исследование в природе подтвердило гипотезу Черной Королевы. Ученым было легко различить самок, размножающихся партеногенетическим путем, так как они триплоидны (имеют три набора хромосом). В то же время размножающиеся половым путем самки и самцы диплоидны (имеют два набора хромосом). Среди триплоидных улиток они выделили разные генетические клоны -- потомки одной материнской особи, различающиеся по численности.

Оказалось, что клоны, которые были самыми многочисленными к началу эксперимента, со временем снизили свою численность под влиянием паразитов. Некоторые клоны полностью исчезли. Им на смену пришли другие клоны, которые, в начале своего существования, будучи редкими, не столь сильно подвергались атаке паразитов.

Паразиты поддерживают секс

В то же время количество улиток, размножающихся половым путем, оставалось на стабильном уровне. Хотя, если бы не паразиты, они были бы подавлены более быстро растущими партеногенетическими сообществами.

Так что ученые делают вывод, что паразитирующие на улитках трематоды благоприятствуют половому размножению. Оно более выгодно в условиях обилия паразитов.

Статья опубликована в журнале American Naturalist.