Как пахнут инфузории

Среди многочисленных приемов систематики живых существ есть основанный на их способности воспринимать богатство запахов окружающего мира. Макросматики пользуются этим богатством вполне. Нам же, микросматикам, приходится прибегать к сложным методам исследования, чтобы понять, кто, как и зачем пахнет. И при этом порой выясняются удивительные вещи. Но о них чуть позже, а сейчас вспомним известное.

Часто запах играет ключевую роль при половом размножении. Самцы некоторых видов бабочек находят своих избранниц буквально по отдельным молекулам сигнальных веществ — половых феромонов. Например, самки непарного шелкопряда выделяют вещества диспалур (цис-7, 8-эпокси-2-метил-окта-декан) и гиплур (б-12-ацеток-сиоктадецен-9-ол-1). А самки тутового шелкопряда завлекают кавалеров бомбиколом (одним из четырех стереоизомеров первичного ненасыщенного алифатического спирта, углеродный скелет которого состоит из 16 атомов). Редкий номер реферативного журнала по энтомологии не содержит сведений о свойствах и структуре половых аттрактантов, а сами феромоны синтезированы в лаборатории и с успехом применяются в ловушках самцов вредных насекомых.

Роль феромонов на первый взгляд кажется предельно простой. Достаточно особям одного пола (обычно самкам) выделить некое летучее вещество — свидетельство готовности потрудиться на благо будущих поколений, и репродуктивный успех обеспечен. На самом же деле все обстоит гораздо сложнее. Специфический запах может быть признаком группы, семьи, наконец, отдельного животного. Головастики способны по запаху узнавать братьев и сестер из одной кладки лягушачьей икры. И такая способность может сохраняться у взрослых половозрелых животных, у мышей, например.

Оценивая женихов — самцов конгенных линий (практически тождественных в генетическом плане особей), самки грызунов чувствуют кавалеров, отличающихся только по одному сегменту семнадцатой хромосомы. А, между прочим, этот сегмент определяет у мышей гистологическую совместимость тканей. Вдумайтесь, по сути, речь идет о запахе генотипа животных. Биологический же смысл разборчивости мышиных невест объясняется просто: они предпочитают избранника с иным генотипом, что препятствует близкородственному скрещиванию (инбридингу).

Впрочем, анализировать запахи млекопитающих сложно. Слишком много разных веществ создают неповторимый букет ароматов. Поэтому для выяснения связей между генотипом, запахом и стратегией выбора полового партнера разумнее обратиться к менее сложно устроенным организмам — одноклеточным простейшим. Тем более, что и они стремятся избегать инбридинга.

Чаще всего простейшие размножаются обычным делением пополам, бесполым путем. Одна-единственная клетка — организм за короткое время производит массу своих генетических копий, формируя клон. Обмениваться генами с особями своего клона опасно. Неизбежные ошибки и неточности сразу в двух копиях генетических программ (у диплоидных организмов, как известно, двойной набор идентичных хромосом) могут совпасть, что приведет к уродствам и даже гибели потомства.

Как же простейшие оценивают кандидата в «супруги»? По запаху, разумеется. Точнее, по запаху выделяемого в воду или почву белка. У хорошо известных пекарских дрожжей клетки одного типа сигнализируют о своей готовности к спариванию, выделяя белок из 13 аминокислот, а клетки иного типа — из 11 аминокислот в другом сочетании. Поскольку ни о каких первичных и вторичных половых признаках в случае пекарских дрожжей говорить не приходится, то получается вроде бы парадокс — половое размножение есть, а полов в привычном понимании нет. Здесь, правда, можно условно присвоить одному клону мужское достоинство, а второму — женское, но что делать с инфузориями, если у некоторых из них количество подобных «полов» превышает сотню?

Чтобы определить тип спаривания у выделенного впервые клона инфузорий, их пытаются попарно скрестить с представителями уже известных клонов. Не удивительно поэтому слышать, что опубликованные данные о количестве типов спаривания определенного вида инфузории отражают не реальное «половое» разнообразие вида, а терпение и упорство автора публикации.

При биохимическом анализе выясняется, что разные инфузории в пределах одного вида отличаются друг от друга по многочисленным аллелям единственного локуса (места гена в хромосоме) и по спектрам выделяемых животными феромонов. Вероятно, каждый аллель соответствует одному единственному белку-феромону. Все клетки клона пахнут одинаково и не реагируют друг на друга, но по-разному пахнущие инфузории приходят в такое возбуждение, что уже через час-полтора образуют парочки.

Строго говоря, в природе все происходит сложнее — связь между генами и белками-феромонами не прямая, а опосредованная, ибо локус спаривания в хромосомах простейших регуляторный. Он лишь запускает в действие другие гены, отвечающие за наработку в организме того или иного феромона. Но как инфузории чувствуют «свои» и «не свои» феромоны спаривания?

На этот счет существует лишь предположение. Вероятно, в ранней юности клона, когда составляющие его клетки-организмы еще не озабочены взрослыми проблемами, происходит импринтинг (запоминание) к собственному феромону. Точно так же, как у лимфоцитов-киллеров в костном мозге млекопитающих (подробнее см. статью А. Я. Каплана в «Химии и жизни», № 3 за 1989 год). А запечатленное табу на близкородственное скрещивание хранит половозрелых простейших от вырождения. Согласитесь, стройная гипотеза. Верна ли она, покажет время.

Кандидат биологических наук С. Ю. АФОНЬКИН

(Химия и жизнь. 1990, № 4)