Неизвестные X и Y
Как и, главное, зачем природа разделила обитателей земли на юношей и девушек, кошечек и котиков, овечек и барашков, мужские и женские кусты облепихи? В поисках ответа на этот вопрос можно случайно набрести на важнейшие законы развития жизни.
Весенние гендерные праздники 23 февраля и 8 марта несут населению нашей страны много радости: цветочные магазины делают за пару дней месячную выручку, а сержанты запаса получают законный повод рассказать несколько забавных, хоть и слегка затянутых историй времен срочной службы. На фоне всеобщего восторга едва можно различить маленькую радость биологов-популяризаторов: у них наконец-то появляется повод порассуждать о понятии пола – одной из сложнейших проблем биологии.
Разгадать загадку пола, над которой бились крупнейшие биологи мира, мы, конечно, не обещаем – в короткой статье мы и загадать-то ее толком не успеем. Но один вопрос разберем. Как природа решает, кому быть мальчиком, а кому девочкой?
Явление неизвестных
В нашем несправедливом мире пока не так уж много важных научных открытий сделано женщинами. Однако по иронии судьбы это как раз те открытия, которые сильно повлияли на будущее научных дисциплин. В теоретической физике Эмми Нётер первой догадалась, как фундаментальные законы природы выводятся из симметрии. А за полтора десятилетия до этого, в 1902 году, генетик Нетти Стивенс поняла, как комбинация хромосом X и Y определяет пол человека и других существ.
Сейчас это проходят в школе, но на всякий случай повторим: у девочек две хромосомы Х, у мальчиков Х и Y. Поэтому мальчики производят половые клетки двух типов, а при слиянии с одинаковыми девочкиными клетками опять получается XX или XY, причем в равных пропорциях.
Этот механизм выглядит таким изящным и законченным, что, казалось бы, его мог изобрести только Вселенский Разум, а уж никак не глупый естественный отбор. Сама Стивенс и ее коллеги понимали всё это так: на X-хромосоме находятся «женские» гены, на Y-хромосоме – «мужские», а когда есть и те и эти, то мужские гены – что казалось логичным на заре прошлого века – пересиливают.
Но стоило генетикам узнать чуть больше, и иллюзия божественного совершенства развеялась, оставив после себя густое недоумение. Оказалось, к примеру, что у многих организмов, в том числе у всемирно знаменитой мушки дрозофилы, на Y-хромосоме нет не то что мужских, а вообще никаких генов: ее пол определяется только числом Х-хромосом. Далее, у птиц и многих рептилий нету никаких хромосом Х и Y, зато есть Z и W, причем две одинаковые хромосомы ZZ бывают как раз у самцов, а не у самок. Некоторые, например крокодилы, вообще обходятся без таких сложностей: у них пол определяется тем, при какой температуре развиваются яйца. А уж у членистоногих в этом вопросе полная неразбериха. У пчел пол определяется числом хромосомных наборов, а два неприметных клопика, Lygaeus и Protenor, отличаются друг от друга в этом вопросе настолько радикально, что дали названия двум механизмам определения пола, встречающимся у самых разных животных.
Если все это придумал Вселенский Разум, он явно страдает склерозом: по всему выходит, что хромосомный механизм определения пола много раз возникал заново на разных ветвях жизни. Иногда при этом случались забавные курьезы.
Казус утконоса
У утконоса столько странностей, что, наверное, можно было бы издавать научно-популярный журнал, целиком посвященный ему (и, возможно, его подруге ехидне). Утиный клюв, ядовитая железа, отсутствие желудка, способность нести яйца… Но половые хромосомы – истинная жемчужина коллекции утконосовых причуд.
У утконоса не одна половая хромосома и не две, а целых десять – пять хромосом Х и пять Y. Нескромно интересоваться, зачем ему столько понадобилось (да это пока никому и не известно), однако один вопрос явно напрашивается: как утконос при этом умудряется рождаться либо мальчиком, либо девочкой, а не каким-либо промежуточным существом?
Дело в том, что важное свойство обычных Х- и Y-хромосом – то, что они совершенно не похожи друг на друга. Во время мейоза похожие хромосомы папы и мамы приникают друг к другу по всей длине и обмениваются участками, обеспечивая перемешивание родительских генов у потомков. Поэтому у голубоглазой блондинки-мамы и черноглазого брюнета-папы могут родиться голубоглазые брюнетки и кареглазые блондины. Но половые хромосомы Х и Y ничего такого при мейозе не делают, а просто расходятся в дочерние клетки в целости и сохранности. Из-за этого, собственно, бывают самцы и самки, но нет никаких промежуточных вариантов.
Если же половых хромосом целых десять, они могут перемешаться между собой самым причудливым образом, давая сотни промежуточных вариантов. Как утконос справляется с этой проблемой?
Над загадкой бились многие, но дальше всех продвинулся Фрэнк Грюцнер из Австралийского национального университета. Как оказалось, половые хромосомы утконоса не перемешиваются как попало именно потому, что они похожи друг на друга, но не целиком, а фрагментами на концах. Благодаря этому во время мейоза, когда обычные хромосомы предаются объятиям по всей длине и рекомбинируют, половые объединяются между собой «паровозиком», конец в конец – у утконоса-самца один «поезд» из Х-хромосом, второй из Y, – а потом расходятся по дочерним клеткам как единое целое.
Последний штрих в картину сексуальных причуд утконоса внесен учеными совсем недавно: оказалось, что утконосовы хромосомы Х и Y не родственны нашим, да и всех остальных млекопитающих, зато сильно похожи на хромосомы Z и W рептилий и птиц.
Если кому-то все это непонятно, ничего удивительного, потому что это сложно. Гораздо сложнее, чем можно было бы устроить, если бы природа постаралась чуть получше. Дело, по-видимому, в том, что природа вовсе не пыталась сделать все идеально. Ей надо было, чтобы утконосы рождались или самцами, или самками и чтобы самцов и самок было поровну. А уж каким способом, простым или сложным, это было достигнуто, ей было безразлично.