Отвлечение в эволюцию

Мы уже упомянули, что одно из главнейших свойств живых организмов, которым они коренным образом отличаются от неживой природы, заключается в способности воспроизводить себе подобных. Если бы это подобие было полным, если бы дети были во всем похожи на родителей, - это значит, что у живых организмов отсутствовала бы наследственная гибкость и была бы невозможна эволюция, не совершенствовались бы формы жизни.

Слияние клеток (конъюгация) и деление их посредством митоза и мейоза были, по-видимому, первым по времени возникновения генетическим механизмом жизни. Несомненно, на заре эволюции деление и слияние клеток осуществлялись более простыми, чем сегодня, способами. Сами процессы митоза и мейоза, прежде чем достигнуть современной законченной точности, неминуемо должны были совершенствоваться. Кстати, предположение о возможности существования упрощенных - без образования специализированных клеток, какими являются споры, - способов воспроизведения себе подобных подтверждается и некоторыми ныне существующими организмами. Так у водорослей сцеплянок сливаются обычные вегетативные клетки, не "уполовинившиеся" в процессе мейоза. Подобное случается лишь тогда, когда изменяются условия существования - наступает похолодание или не хватает азотистых веществ для питания. Сцеплянки в данном случае иллюстрируют роль слияния клеток в повышении их жизнеспособности.

Эволюция отнюдь не всегда идет по пути усложнения организации живых существ и вымирания более простых, первоначальных форм. Сегодня на нашей планете обитают и одноклеточные, и грибы, и папоротники, и цветковые растения, и иные группы растительного царства - растения с очень различной степенью организации, но всегда с рациональным приспособлением к обитанию в тех или иных условиях.

Если бы ничто не мешало безграничному размножению, многие одноклеточные организмы в весьма небольшой срок укутали бы весь земной шар сплошным и толстым покрывалом из своих тел. Большая скорость размножения - это и есть их главное приспособление, выработавшееся в процессе эволюции при условии, что шансы на выживание и оставление потомства у каждой отдельно взятой клеточки очень и очень малы.

Иными путями шла эволюция многоклеточных форм.

История многоклеточных организмов началась вероятнее всего с того, что одноклеточные водоросли делились, но не расходились порознь, а начинали жить совместно, в колониях. Однако, и объединившись, каждая из клеток продолжала жить прежней жизнью, выполняя те же функции, что и ее соседки: передвижения, снабжения питанием, размножения. Постепенно в таких колониях произошло первое разделение труда: одни клетки взяли на себя функцию снабжения всей колонии питанием, на долю других выпала задача воспроизведения себе подобных.

Наверное, поначалу последние просто отделялись от старой колонии и давали начало новой. Позднее возник механизм полового воспроизведения. Воспроизводящие клетки, по-видимому, приступали к редукционному делению, и каждая из них давала начало четырем гаметам - клеткам с половинным набором хромосом. Им предстояло далее найти себе партнеров для слияния. Наилучшим вариантом для потомства был тот, когда сливались гаметы, образовавшиеся в разных колониях: ведь чем богаче генетический фонд организма, тем больше у него шансов на победу в борьбе за жизнь. Но для того чтобы найти подходящего с этой точки зрения партнера, нужен был механизм передвижения. И как только он возник (сегодня даже у самых примитивных многоклеточных гаметы обладают жгутиками), отпала необходимость в движении всей колонии. Так могли возникнуть "сидячие" формы организмов.

Слившиеся гаметы образовывали зиготу - клетку с "нормальным", двойным набором хромосом, которая давала начало новой колонии.

Иногда в одной и той же колонии образовывались и гаметы, и споры. По-видимому, это было необходимо для расселения пассивных колониальных организмов. Жгутики гамет слабы и не смогут унести их сколько-нибудь далеко от родной колонии, тем более что сами эти клетки нежны и беззащитны. Споры же могли хорошо противостоять неблагоприятным внешним условиям и какими-то внешними силами могли быть унесены на значительные расстояния. Еще больше возможностей расселения было у активных, способных к самостоятельному передвижению зооспор. Они могли уже не надеяться на волю случая, а самостоятельно забираться в новые места с подходящими для их жизни условиями. Именно такую форму жизни представляет и ныне обитающая в наших пресноводных водоемах водоросль улотрикс, у которой на одной и той же многоклеточной особи формируются и споры, и гаметы.

Рассказывая об образовании гамет, мы уже упомянули понятие "половое воспроизведение". Но в данном случае имеется в виду лишь специализация клеток, взявших на себя функции воспроизведения. Подвижные гаметы, ищущие друг друга и дающие после слияния начало новому организму, были одинаково малы, слабы и беззащитны перед лицом жизненных невзгод. Разделения полов на мужской и женский еще не существовало. Оно произошло несколько позже, и смысл его заключается в дальнейшем "разделении труда" уже между воспроизводящими клетками. Одни клетки стали более защищенными от невзгод, но пассивными, неподвижными; другие приобрели еще большую подвижность, хотя оказались еще менее жизнестойкими. На долю последних, именуемых ныне мужскими половыми клетками, выпала задача поиска партнера. На долю тех, которые мы сейчас называем женскими половыми клетками, вместе с заботой о самосохранении естественно и логически досталась забота о сохранении потомства, - ведь, слившись с мужской гаметой, каждая из них становилась первоначальной клеткой нового организма. В дальнейшем развитии и совершенствовании форм жизни эта задача защиты потомства перешла и на организм, вырабатывающий женские половые клетки.

Итак, специализация привела с течением времени к тому, что женские гаметы утратили способность к передвижению и превратились в яйцеклетки. Но тем самым ими была утеряна способность к расселению, к освоению новых пригодных для жизни мест.

Эта функция перешла к спорам. Одетые плотной оболочкой, предохраняющей от неблагоприятных воздействий среды, они долго могли путешествовать в водной стихии. Найдя "уголок" с благоприятными для жизни условиями, споры оседали. Но теперь они не сразу производили гаметы, а сначала развивались в новое небольшое растение, которое накапливало питательные вещества для образования многих гамет, в том числе и женских, которые нужно было обеспечить запасом питания впрок, на первые шаги самостоятельной жизни после оплодотворения.

Так возник механизм чередования поколений, ставший с той поры обязательным для всех многоклеточных растений. Родословная каждого из них складывалась теперь следующим образом. Организм, состоящий из диплоидных - с двойным набором хромосом - клеток, производил материнские воспроизводящие клетки (первый этап размножения). Каждая из этих клеток в результате редукционного деления распадалась на четыре споры (второй этап размножения). Из каждой споры развивался новый организм, состоящий из гаплоидных - с одинарным набором хромосом - клеток. Гаплоидный организм производил множество гамет (третий этап размножения).

Диплоидный организм - спорофит, производящий споры, стали называть бесполым поколением. Гаплоидный организм - гаметофит, производящий гаметы, которые в результате слияния попарно (на данном этапе развития слияние разнополых гамет является, по сути дела, оплодотворением) образуют диплоидную зиготу, стали называть половым поколением.

Первоначально спорофит и гаметофит существовали раздельно. Пример такого разделения поколений дают нам папоротники, развитие которых было описано в начале главы.

Зачем же нужно разделение поколений? И почему оно сохранилось у столь высокоорганизованных наземных растений?

Папоротники некогда вышли из воды на сушу и стали земными жителями. Но таковыми являются лишь спорофиты папоротников. Гаметофиты их до сих пор нуждаются в водной среде. Потому-то сухопутные папоротники обитают лишь в тенистых и сырых местах, где может скапливаться дождевая или болотная вода. Для развития спорофитов избыток воды не нужен, они могли бы обойтись и без нее. Но споры, хоть превратности судьбы и могут занести их куда угодно, на любую почву, прорастают и развиваются в гаметофит только там, где для этого достаточно влаги.

Вода нужна и для того, чтобы оснащенные жгутиками мужские гаметы могли передвигаться в поисках женских гамет. Иначе встреча мужской и женской гамет произойти не может.

Впрочем, у некоторых папоротников, хотя они называются водными и в самом деле обитают в воде, в процессе эволюции выработались приспособления, которые, в сущности, обеспечивали возможность протекания полного цикла развития в воздушной среде.

Так, у некоторых видов водных папоротников селагинелл споры не выпадают из спорангия, а прорастают здесь же. Гаметофит таким образом паразитирует на спорофите, развивается и образует мужские и женские гаметы. В итоге слияния последних образуется зигота и развивается в новый спорофит, который на первых порах становится паразитом на гаметофите. Только после образования корня и первого листа он покидает свою "мать" (гаметофит) и "бабушку" (материнский спорофит), переходя к самостоятельному существованию.

Вероятно, такой способ развития у селагинелл возник потому, что у этих папоротников не было особой нужды в интенсивном расселении. Выиграв независимость оплодотворения от водной среды, селагинеллы проиграли возможность широкого освоения новых мест обитания.

Селагинеллы дают пример того, как гаметофит перешел к развитию на спорофите и как сомкнулись, таким образом, два разобщенных ранее звена цепочки чередования поколений. Дальнейшая эволюция в этом направлении еще более "спрятала" развитие гаметофита. У семенных (и, в частности, у цветковых) растений он развивается в тканях спорофита. Более того, здесь же происходит и начальное развитие нового спорофита (зародыша будущего растения), вырастающего из зиготы. А что касается проигранных предшественниками возможностей спорового расселения, то в ходе эволюции появились не менее эффективные способы, о которых мы расскажем в одной из последующих глав этой книги.

Возвращаясь к вопросу о том, "дети" или "внуки" развиваются из семян материнского растения, и пытаясь дать точный ответ на него, мы должны помнить про общность живых организмов, про то, что новые и совершенные формы жизни - это не отрицание предшествующих, а развитие их.