Репродукция

Несмотря на прекрасную и вызывающую благоговейный страх приспособленность человеческого тела к его функциям, оно, в лучшем случае, не что иное, как временная структура. Человеческая жизнь не может длиться бесконечно даже при счастливом стечении обстоятельств, благодаря хорошему здоровью, которое досталось ему от рождения, и стремлению следить за собой, избегая инфекционных болезней и недомоганий, о которых я то тут, то там упоминал в этой книге. Существуют неизбежные изменения, которые появляются с возрастом, – затвердевание и утрата эластичности соединительных тканей и стенок артерий; медленное изнашивание и гибель нервных клеток; незначительные потери жизненно важных веществ и незначительные скопления отходов. Мы не уверены, какова точная природа фундаментальных изменений, которые могут произойти с возрастом, по, взятые вместе, они составляют процесс старения организма.

Результат – старость. Это не обязательно вопрос строго хронологический, поскольку некоторые люди сохраняют живость и до некоторой степени энергию в девяносто лет, а другие начинают ходить с палочкой, едва им исполнится шестьдесят. Медицинской науке еще неизвестно, как предотвратить или хотя бы замедлить основные процессы старения; и хотя победа над многими инфекционными болезнями и удачное лечение некоторых неполадок в метаболизме позволили увеличить среднюю продолжительность жизни за последние века от тридцати до семидесяти лет, максимальный возраст, которого можно достичь, остается чуть большим ста лет.

И в конце неизбежно наступает смерть.

Человеческий организм должен все-таки содержать некоторые не описанные нами органы. Ведь если человеческая жизнь должна продолжаться до тех пор, пока человеческое тело не перестанет функционировать, необходимо позаботиться о возможности образования новых тел со скоростью, по крайней мере равной той, с которой старые тела умирают. Этот процесс репродукции, или воспроизведения рода, основной для всех живых существ.

Одноклеточные организмы могут воспроизводиться простым делением на два, то есть надвое. Среди простейших многоклеточных организмов деление надвое иногда сохраняется как способ репродукции. Некоторые кишечнополостные делятся в продольной плоскости («с головы до ног») и образовывают двух себе подобных особей. Некоторые простые черви делятся в поперечной плоскости («с боку на бок») и образуют своего двойника; или же способны фрагментироваться (множественное деление), когда каждый кусочек дает отдельный целый организм.

Подобное деление – надвое или множественное – требует, чтобы каждый фрагмент был способен к регенерации недостающих частей тела. Это может осуществляться, когда организм представляет собой одну клетку или состоит из относительно немногих и неспециализированных клеток. Однако, кажется, правило таково: чем более специализирована ткань, тем менее она становится регенеративной. У человека специализированные ткани, такие, как нервы и мышцы, могут регенерировать совсем немного, если вообще регенерируют. Тогда вполне разумно ожидать, что по мере того, как клетки данного организма становятся все многочисленнее и специализированнее, воспроизводство путем деления надвое становится все более непрактичным. Следовательно, деление должно уступить место более сложным методам репродукции, или быстро будет положен предел допустимой сложности многоклеточной жизни[11].

Выход из этого положения – ограничить репродуктивный процесс небольшой областью организма, который остается относительно неспециализированным и, следовательно, способен регенерировать оставшуюся часть организма. Начало такого процесса можно проследить от одноклеточных форм жизни, поскольку дрожжевые клетки не размножаются делением ровно на две, а образуют небольшие выросты протоплазмы в ограниченных областях на границе клетки. Эти выросты увеличиваются и в конце концов всегда отпочковываются как полные клетки. Это – почкование. Кажется, у клеток дрожжей с трудом можно отличить этот способ размножения делением надвое, но у многоклеточных животных аналогичный процесс представляет собой ясную специализацию. Пресноводная гидра, кишечнополостное, вырастит небольшую группу клеток на одном конце своей поверхности, и они будут размножаться и образуют новую гидру, которая рано или поздно отвалится. Только некоторые клетки, а не все участвуют в этом процессе.

Цель, к которой стремится такая специализация, кажется неизбежной. Логический вывод для организма – произвести одну клетку, чрезвычайно специализированную, посредством отсутствия той самой обычной специализации, предназначенную для единственной цели регенерации целого организма, подобного тому, который произвел ее с самого начала. Такой клеткой является яйцеклетка.

До сих пор репродукция, как я описал ее, похоже, функция одного организма, но это верно лишь для простейших форм жизни. Среди организмов, наиболее знакомых нам, каждый вид подразделяется на две группы полов, и именно в результате взаимодействия представителя каждого пола получаются новые организмы. Размножение, основанное на участии двух отдельных особей, является, следовательно, половым размножением, в то время как деление и почкование – примеры бесполого размножения.

Половое размножение можно проследить, оглядываясь назад к более сложным одноклеточным организмам. У них репродуктивный период посредством деления надвое, похоже, медленно снижал силу отдельной особи.

Когда это происходит, два крошечных существа, не имеющие близких родственных связей (то есть они образовались не из одной клетки-предка относительно небольшое число поколений до этого), встречаются. Клеточная мембрана между ними разрывается на ограниченном участке, и эти двое обмениваются частями своего ядра. Это – конъюгация (по-латыни «сопряжение»), и этот процесс восстанавливает клеточную силу.

Почему это происходит, точно неизвестно, но можно сделать предположение, что после некоторого периода бесполого размножения накапливаются крошечные ошибки в репликации хромосомного материала, и именно это может медленно снизить эффективность химического механизма клетки. Посредством конъюгации каждая особь получает часть ДНК другой особи, и это «разбавляет» изменения к худшему. Велика вероятность, что одна особь не будет страдать специфическими пороками другой, и сила каждой сводит на нет слабость другой. Более того, любое случайное изменение хромосомного материала, которое может быть к лучшему, распространяется посредством конъюгации от одной группы особей к остальным.

В общем, это служит примером, иллюстрирующим цель полового размножения. Посредством этого процесса происходит смешение механизмов наследственности двух особей, позволяющее развиваться новым комбинациям в каждом поколении и передавать эти развившиеся изменения от одной к другим особям вида. Это, очевидно, ускоряет механизм эволюции, и в конечном итоге, видимо, он работает на благо вида.

Элементарное доказательство этому заключается в изменениях, которые мы наблюдаем в процессе эволюции. Только простейшие организмы воспроизводятся с помощью бесполого размножения. Более специализированные одноклеточные организмы воспроизводятся с помощью бесполого размножения с введением случайного полового этапа (конъюгации). У многих простых многоклеточных животных имеется чередование поколений. То есть сначала происходит неполовое размножение, воспроизводящее особи, способные к половому размножению; они, в свою очередь, с помощью механизма полового размножения производят особей, которые воспроизводятся только неполовым путем. У более сложных многоклеточных животных, включая и нас с вами, бесполое размножение, однако, целиком и полностью исключается, а половое становится нормой.

Как только организм достигает стадии развития, когда может вырабатывать яйцеклетку, он почти неизбежно участвует в половом размножении. Наверняка у яйцеклетки есть возможность самой и без вмешательства какой-либо другой клетки образовывать организм. Это называется партеногенез («девственное размножение»), и он имеет место у многих беспозвоночных. Например, у пчел это в порядке вещей. Однако, если рассматривать жизнь в целом, такой феномен никогда не встречается у позвоночных.

В общем, яйцеклетка не может воспроизвести организм до тех пор, пока не сольется с клеткой другого типа, называемой клетка спермы (что по-гречески значит «семя»), или сперматозоид (что по-гречески значит «животное семя»).

Процесс слияния яйцеклетки и клетки спермы есть оплодотворение, и получившаяся комбинированная клетка, теперь способная образовать целый организм, является оплодотворенной яйцеклеткой. У ряда простых животных форм одна и та же особь способна вырабатывать как яйцеклетки, так и клетки спермы. Теоретически тогда кажется возможным, чтобы клетка спермы одной особи оплодотворяла свою же яйцеклетку. Но это уничтожает всю цель полового размножения, и такое животное обычно устроено так, что подобной формы оплодотворения происходить не может. Земляной червь, например, вырабатывает как яйцеклетки, так и клетки спермы. Но размножение происходит только тогда, когда два земляных червя вступают в контакт таким образом, что область, вырабатывающая сперму одного, располагается рядом с областью, вырабатывающей яйцеклетку другого. Каждый земляной червь оплодотворяет другого, а не себя самого.

Естественным этапом, который бы устранил всякую возможность самооплодотворения и удостоверял бы, что цель полового контакта достигнута, является такое положение дел, при котором особи вырабатывают только яйцеклетки или только клетки спермы, но никак не то и другое вместе. Яйцеклетки вырабатывают особи женского пола, а сперму – особи мужского пола. Все позвоночные, включая конечно же и человека, разделяются таким образом по половому признаку.