Наряду с половым в природе существует и неполовой способ размножения. Первый обладает существенными преимуществами, речь о которых пойдет ниже, и поэтому половое размножение стало фундаментальной закономерностью высокоорганизованной жизни.
Принципиальная особенность полового размножения — объединение наследственного материала двух разных особей; при этом клетка, из которой разовьется новый организм, получает значительно больше наследственных задатков, чем если бы в ней повторялись свойства лишь одной особи. Поэтому каждый из представителей 10 одного и того же вида в чем-то отличается от других особей вида, и в целом последний имеет возможность очень тонко приспосабливаться к условиям существования. Если бы не было полового размножения, все потомки единственной, в данном случае материнской, особи были бы и равной степени хорошо (или плохо) приспособлены к среде и в случае ее изменения вид мог бы погибнуть, поскольку то, что было бы губительно для одной особи, было бы губительно и для всех остальных.
Благодаря половому размножению каждый вид представлен целым спектром несколько отличающихся одна от другой особей (популяция), среди которых часть приспособлена к среде лучше, часть хуже. Но зато при изменении условий существования всегда найдется некоторое количество особей, для которых эти изменения не будут губительными, и хотя, быть может, значительная часть представителей вида и погибнет, всегда останется некоторое количество особей, которые смогут поддержать его дальнейшее существование. И лишь при слишком резких изменениях внешней среды, значительно превосходящих приспособительные возможности вида (а последние в целом существенно превосходят приспособительные возможности жаждой отдельной особи), происходит его гибель, как это произошло в свое время с гигантскими ящерами юрского и мелового периодов мезозойской эры.
Происходящее при половом размножении перераспределение (рекомбинация) наследственных задатков дает возможность всему виду в целом приобрести какое-либо повое ценное качество, которое первоначально возникло в результате мутации у одного из его представителей. Особи, обладающие этим полезным качеством, получают преимущество перед другими особями, выше вероятность, что именно они оставят потомство; поэтому в последующих поколениях этот эффект суммируется и нарастает (движущая сила естественного отбора, по И. И. Шмаль-щузену, 1946, 1969). Однако если в результате мутации ио (пикает неблагоприятное изменение, снижающее жизне способность организма, процесс естественного отбора (естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных») быстро приводит к элиминации всех особей, получивших при половом размножении это новое свойство. Это — стабилизирующая форма естественного отбора, поддерживающая устойчивость механизма индивидуального развития и всей структуры популяции.
Наряду с естественным отбором в эволюции вида важен и так называемый половой подбор (Ч. Дарвин, 1896). Результатом его являются многие морфологические и функциональные особенности представителей мужского и женского пола, которые не имеют прямого значения для их выживаемости, но представляют интерес для представителей противоположного пола и повышают вероятность оставления потомства в первую очередь особями, у которых эти особенности ярче выражены.
Не существует никаких ограничений чисто генетического плана, которые делали бы невозможным, например, трехполое размножение (А. А. Ляпунов, А. Г. Маленков, 1962). Однако практически этого не происходит, так как последнее существенных преимуществ перед двухполым не имеет, но значительно усложняет процесс репродукции, требуя взаимодействия уже не двух, а трех особей разного пола, и значительно снижает его вероятность.
В настоящее время установлено, что половое размножение имеет место не только у животных и растений, но и у микроорганизмов. Половая специализация обусловлена необходимостью, во-первых, чисто «технически» обеспечить возможность объединения наследственного материала и, во-вторых, снабдить дочернюю клетку запасом питательных веществ. Вследствие этого произошло разделение функций: материнская клетка (яйцеклетка) неподвижна, но имеет запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша, а отцовская клетка (сперматозоид) запасом питательных веществ не обладает, но зато весьма подвижна.
Сперматозоиды человека впервые были описаны Антонием Левенгуком в 1677 г., но детально изучены лишь в последние годы. Они очень малы (величина головки в среднем 4,6X2,6 мкм, полная длина со жгутиком — 50—60 мкм, масса — 2,6—3,0Х10~2г, или около 0,03 нг). Сперматозоид способен преодолевать за час расстояние до 18—20 см и за 2—3 часа достигать маточных труб, где и происходит оплодотворение (т. е. за час он проходит до 30 тыс. длин своей головки; для сравнения — это соответствует скорости движения человека среднего роста около 25 км/ч). Сперматозоиды, содержащие Y-хромосому, несколько более крупные, чем Х-сперматозоиды.
Однократно выделяется до 200—500 млн. сперматозоидов, и все они устремляются по направлению к маточным трубам. Среди этого огромного множества клеток могут встречаться и незрелые и неправильно сформирование, но достичь яйцеклетки способны лишь лучшие, наиболее активные из них. В этом и заключается смысл кажущейся расточительности природы. В составе эякулята обычно преобладают Y-сперматозоиды (в среднем их 150-170 на 100 Х-сперматозоидов). На каждую созревающую яйцеклетку в среднем созревает около 850 млн. сперматозоидов.
Впервые яйцеклетка была описана К. Бэром в 1827 г. Она значительно больше сперматозоида (это сфера с диаметром 150—200 мкм) и перемещается по маточной трубе за счет сокращений слизистой оболочки. За один месячный цикл у женщины выделяется лишь одна яйцеклетка. При этом в яичниках постоянно происходит процесс отбора. Так, в одном яичнике девочки 14 мес находится коло 49 тыс. яйцеклеток, в 2 года—около 46 тыс., в 10 лет — около 21 тыс., в 18 лет— около 5—7 тыс. При этом остаются лишь наиболее сильные клетки, и лучшие из них периодически созревают (D. Hansemann, 1921).
Достигают яйцеклетки несколько сперматозоидов, сначала они не могут проникнуть через ее оболочку. Стараясь сделать это, биением своих жгутиков они заставляют яйцеклетку вращаться вокруг своей оси (до 4 оборотов в минуту) в течение нескольких часов. При этом под влиянием выделяемого ими фермента гиалоуронидазы оболочка яйцеклетки постепенно растворяется, и они проникают внутрь. Однако непосредственно в объединении наследственного материала участвует лишь один сперматозоид; вследствие наличия пока неизвестного механизма яйцеклетка способна воспринимать наиболее активный сперматозоид (L. Shettles, 1960). Специфическое объединение сперматозоида с яйцеклеткой обеспечивается взаимодействием особых реактивных групп (фертилизин и ангифертилизин — вещества, относящиеся к гликопротеинам), расположенных на поверхности яйцеклетки и сперматозоида; взаимодействие происходит по типу реакции антигена с антителом.
Различия функций яйцеклетки и сперматозоида соответствуют разделению функций мужского и женского организма. Репродуктивная деятельность мужского организма в относительно большей степени способствует реализации возможности объединения наследственного материала (сюда входят не только чисто физиологические моменты размножения, но и особенности полового поведения и т. д.), тогда как деятельность женского организма в физиологическом аспекте заключается в вынашивании и выхаживании потомства.
Как говорилось выше, половое размножение имеет перед неполовым существенные преимущества, однако с чисто генетических позиций трудно было бы решить, почему половое размножение является двуполым, а, допустим, не гермафродитным, т. e. если бы все особи были двуполыми и обладали бы свойствами одновременно мужского и женского организма. Не существует чисто генетических ограничений и для этой возможности.
В связи с этим заслуживает внимания мнение В. А. Геодакяна (1965), который считает существование именно двух полов результатом специализации представителей каждого вида по двум главным альтернативным аспектам эволюционного процесса — консервативному (сохранение свойств вида) и прогрессивному (приобретение видом новых свойств). При этом мужской пол реализует «прогрессивную» тенденцию, а женский — «консервативную». Разумеется, термины «прогрессивное» и «консервативное» употребляются в смысле, который исключает утверждение каких-либо преимуществ одного из них перед другим. Разделение популяции на два пола— относительно менее подвижный (биологически), но зато более устойчивый женский пол и относительно менее устойчивый, но зато более подвижный мужской пол — в целом значительно повышает эволюционную устойчивость вида. С этих позиций хорошо объяснимы многие характерные для женского и мужского организмов различия.