Страница 10 из 44
Откуда, однако, известно, что раньше обе половые хромосомы были одинаковы? На это указывает их остаточная способность к так называемой рекомбинации. Перед тем как удвоиться в ходе мейоза, хромосомы каждой пары переплетаются и обмениваются целыми кусками – скажем, хвост А становится хвостом А’ и наоборот. Благодаря этому некоторые материнские гены переходят в отцовскую хромосому (того же номера) и наоборот. Этот «кроссин говер» позволяет природе в каждом следующем поколении тасовать отцовские и материнские гены во все новых комбинациях, поэтому дети и несут в себе самое причудливое переплетение отцовских и материнских черт, а также получают свои собственные, неповторимые генные сочетания. (Заметим, что кроссинговер происходит только у предполовых клеток и только один раз в их жизни.)
В ходе кроссинговера переплетаются друг с другом только одинаковые хромосомы, из одной и той же пары. Так вот, как уже было сказано, мужская и женская половые хромосомы, несмотря на гигантскую разницу в размерах, сохранили способность к такому переплетению, хотя и только на самых кончиках, составляющих лишь около пяти процентов их длины. Это и говорит о том, что когда-то они, видимо, были одинаковыми и переплетались при мейозе по всей длине. Об этой же древней одинаковости говорит и тот факт, что почти половина сохранившихся сегодня на Y-хромосоме генов имеет пару на хромосоме X (в основном это «гены-домоправители», необходимые для выживания любой клетки). То, что в ходе эволюции Y-хромосома почти полностью утратила способность рекомбинироваться с Х-хромосомой, отнюдь не случайно. Природе выгодно сексуальное размножение: оно позволяет перемешивать гены в процессе созревания половых клеток и тем самым создавать все новые генетические комбинации, чтобы отбирать из них наилучшие. Но для самого полового процеса необходимо, чтобы «самцовый ген» был всячески предохранен от рекомбинации (иначе мужская хромосома потеряет свою «особость»). Поэтому в ходе эволюции сохранялись лишь те виды Y-хромосом, которые обладали все меньшей способностью рекомбинировать со своим партнером по паре.
Два года назад эта гипотетическая картина эволюции Y-хромосомы была блестяще подтверждена исследованиями Дэйвида Пейджа из Уайтхедского института в Массачусетсе. Пейдж со своим коллегой Ланом измерили количество различий, накопившихся (в силу мутаций) в нерекомбинирующихся частях Y-хромосомы. Было выделено четыре участка с резко различающимся количеством изменений.
Зная среднюю частоту мутаций, можно определить, когда перестал рекомбинироваться каждый из этих участков. Оказалось, что участок, ближайший к гену SRY, утратил способность к рекомбинации раньше всего, примерно 240 – 320 миллионов лет назад, вскоре после того, как появились первые млекопитающие (а стало быть, и сам ген SRY). Природа сразу же позаботилась о том, чтобы этот ген не исчез. Далее этот процесс происходил несколькими скачками: примерно 150, 100 и 40 миллионов лет назад. Причина поэтапной утраты способности к рекомбинации, да и сам механизм этой утраты пока еще остаются загадкой.
Появление гена SRY, а с ним и полового размножения, было своего рода «великой сексуальной революцией» и, как всякая революция, имело не только желанные, но и нежелательные последствия. Позитивные новшества состояли прежде всего в невероятно расширившейся (благодаря рекомбинациям) возможности разнообразить генетические сочетания, что, как уже говорилось, повышает шансы организмов на выживание в меняющихся условиях. Вдобавок почти полная утрата способности к рекомбинации сделала мужскую хромосому хорошо защищенным убежищем для генов, необходимых для самцов, например генов яркой окраски (которая привлекает не только партнерш, но и хищников, следовательно, ее наличие выгодно лишь одному полу).
Но при этом проявились минусы. В отсутствие рекомбинационного перемешивания генов в Y-хромосоме накапливались неустраненные мутации, по большей части (как всякие случайные мутации) вредные; пораженные гены «отмирали», и мужская хромосома становилась все короче и короче. Несмотря на попытки защититься путем создания множества копий.
И стало быть, игрек-хромосома когда-нибудь вообще исчезнет? Дополнительную надежду на ее сохранение вселяет недавнее открытие Амоса и Харвуда, которые обнаружили высокую мутабильность гена SRY. Оказалось, что он практически одинаков у всех людей, но в десять раз более различен у людей и обезьян, чем все другие их гены. Иными словами, это самый консервативный ген внутри вида и самый динамичный между видами.
Последнее (как говорят англичане, по счету, но не по важности) воздействие «великой сексуальной революции» сказалось уже на Х-хромосоме. В любой паре обычных хромосом оба парных гена производят один и тот же белок, но с появлением особой, омертвевшей и короткой Y-хромосомы у большинства генов Х-хромосомы исчезли пары, и поэтому они вынуждены были начать работать за двоих, чтобы обеспечить клетку своими белками. Но в случае удвоения Х-хромосом в клетке образуется вредный излишек этих белков!
Перечисление всех хитроумных механизмов, возникших для решения этой проблемы, заняло бы слишком много места, но о том, как это делается у людей, стоит все-таки сказать. У нас в клетках женского организма происходит инактивация всех тех геноводной из X-хромосом, которые не имеют пары на Y-хромосоме. В ходе эмбрионального развития эта хромосома (какая именно из двух, отцовская или материнская, – дело случая) на всех нужных участках покрывается особым инактивирующим белком Xist или сжимается «пеленкой» белка-гистона так туго, что не может работать. Как при этом они распознаются – и подавляются, – еще одна не разгаданная пока загадка.
Чудес и загадок в этой истории еще столько, что хватило бы и на две рубрики, но сейчас приходится повторить вслед за Шахразадой, что «время истекло, и пора прервать дозволенные речи».
Два пола? Бывает, но редко.
В мире живой природы священное понятие «мужчина и женщина» теряет всякий смысл. Некоторые грибы имеют четыре и даже восемь полов, комбинирование которых увеличивает разнообразие вида. Ржавчинные грибы, напротив, бесполы, ибо в половом процессе не нуждаются вовсе: разнообразие обеспечивается невероятно быстрым мутационным процессом. У растений пол глубоко запрятан: даже пресловутые тычинки и пестики, по сути, бесполые спорофиллы, и только крохотные гаметофиты (пыльцевое зерно и зародышевый мешок) являются настоящими аналогами «самца» и «самки», порождающими половые клетки.
В царстве животных – свои причуды. Начнем с того, что многие уподобляются картофелинам, прекрасно обходясь одним бесполым размножением: новые организмы берут начало от фрагментов старого (как у червей, иглокожих) или от почек (так образуются колонии стрекающих, мшанок). В принципе, это естественное клонирование.
Еще одна форма, не требующая участия двух полов, – партеногенез, буквально «непорочное зачатие» (греч. parthenos – дева), когда из неоплодотворенных яиц образуются зиготы. Так размножаются коловратки или ракообразные. Партеногенез обычен среди насекомых. Например, у множества видов палочников вообще нет самцов – что делает близкие виды совершенно изолированными. Случается, что вид (такой, как жук-слоник Otiorrhynchiis) имеет репродуктивные расы: обоеполую и состоящую из одних лишь самок. При этом самцы обоеполой расы не скрещиваются с «амазонками», находя их непривлекательными. Полагают, что самцы в таких расах утеряны навсегда в ходе недавней эволюции. Подобная ситуация наблюдается и у многих рыб, в том числе самых обычных (например, у серебристого карася, родственника золотой рыбки). Недавно были открыты виды-двойники, различающиеся (иногда очень сильно) набором хромосом. Оказалось, что один из «двойников» может состоять сплошь из самок, партеногенез которых стимулируется… молоками другого «вида-двойника» или даже совершенно иных видов рыб.