Среди сценариев конца цивилизации есть и ее гибель по вине беспощадных законов эволюции. Генетический символ мужского начала, Y-хромосома, за сотни миллионов лет своего существования растеряла множество генов и заметно уменьшилась в размерах. Ряд ученых бьет тревогу: если это продолжится, то Y-хромосома исчезнет в ближайшие миллионы, а то и тысячи лет.
Со времен школы мы помним, что половое размножение помогает комбинировать генетический материал родителей, ускоряя эволюцию и приспособление следующих поколений к постоянно меняющимся условиям. Ученые полагают, что такой механизм возник около миллиарда лет назад, и сегодня более 99,9% эукариот прибегают к половому размножению хотя бы на определенной фазе своего жизненного цикла.
Среди них есть гермафродиты, обладающие обоими типами половых органов одновременно, животные с несколькими разновидностями самцов или самок, а у бактерий и вовсе встречаются виды с семью вариантами «полов» (точнее, типов спаривания). Но нет ни одного примера, в котором для появления потомства требовалось бы участие более чем двух партнеров: в любом случае один из них становится донором генетического материала, «отцом», а другой — реципиентом, «матерью».
Проблема в том, что человеческая Y-хромосома вырождается и, скорее всего, исчезнет через несколько миллионов лет. Это или приведет к нашему вымиранию (если мы не разовьем новый половой ген), или заставит, скажем так, очень сильно понервничать любителей традиционных ценностей.
Хорошая новость заключается в том, что две ветви грызунов, не так далеко отстоящих от нас, уже потеряли свою Y-хромосому. И вполне благополучно дожили до того, чтобы рассказать нам об этом. Поэтому, возможно, мы сумеем взять пример с них.
Об этом, в частности, рассказывает новая статья в журнале Proceedings of the National Academy of Science, предлагая нам взять пример у щетинистой крысы, которая определяет самцов совершенно по другим критериям.
Из чего сделаны мальчики
Пол живого организма почти всегда определяется набором генов, полученных от родителей. Если хотя бы один из них передал потомку половую хромосому с нужными «инструкциями», то развитие пойдет в одном направлении, если же таких «инструкций» не оказалось — в другом. Иногда эта особая хромосома определяет формирование самки.
Так, у птиц, некоторых рептилий и насекомых имеется общая для обоих полов Z-хромосома, и самцы содержат ее в двух копиях. Самки наследуют лишь одну Z, а в дополнение к ней — W-хромосому; эта система определения пола называется ZW. В отличие от птиц, человек «по умолчанию» — женщина. Как и у большинства других животных, у нашего вида самки несут пару половых хромосом XX, и в отсутствие мужской Y организм развивается как женский. Существуют и другие системы определения пола, но они гораздо менее надежны и встречаются редко.
У людей ключевым геном Y-хромосомы можно назвать SRY, который кодирует белковый фактор развития семенников. Он включается у эмбриона на 12-й неделе после зачатия и активирует соседние гены, инициируя формирование семенников. Семенники, в свою очередь, производят гормоны, дирижирующие развитием остального организма. Помимо этих немногочисленных генов Y-хромосома человека несет очень много ДНК, которая не кодирует никаких белков и раньше считалась просто «мусорной». Вероятно, она возникла в результате эволюции обычной Х-хромосомы, начиная с момента, когда на ней появились первые гены, определяющие развитие самца.
При этом у новой Y-хромосомы не оказалось пары — запасной копии, сравнение с которой помогало бы исправить ошибки, — поэтому она стала меняться и эволюционировать очень быстро. Если, например, более 90% последовательности ДНК на Х-хромосоме людей и человекообразных обезьян совпадает, то для Y эта цифра составляет 14–27%. Более того, эволюция «мужской» хромосомы в целом направлена в сторону деградации.
Хромосома уже не та
То, что эволюция всеми силами старается уменьшить Y-хромосому, сократив число генов на ней, вполне логично: если мы не можем исправлять ошибки, не стоит рисковать появлением опасных мутаций в том или ином гене. Если его копия имеется и на X, от такого фрагмента можно избавиться, полагаясь на «запасной» вариант. Поэтому сегодня Х-хромосома человека кодирует как минимум 700–1000 белков, а Y — всего 55. Однако на этом процесс деградации «мужской» хромосомы не завершился. Более того, судя по результатам недавнего исследования, он идет даже быстрее, чем мы думали. Так, долгое время считалось, что Х и Y-хромосомы наших млекопитающих предков разделились около 300 млн лет назад, однако новые данные сократили этот срок почти вдвое.
Выяснилось это в процессе изучения австралийских утконосов — млекопитающих, уникальных практически во всех отношениях. Мало того что они откладывают яйца и при этом кормят детенышей молоком, мало того что ядовиты и способны воспринимать электрические сигналы, так еще и система определения пола у них весьма оригинальная. Вместо одной пары половых хромосом они несут сразу пять: у самок десять X, а у самцов по пять X и Y, причем почти неотличимых друг от друга.
Такая ситуация, очевидно, характеризует не до конца прошедшее разделение между «мужской» и «женской» хромосомами. Следовательно, этот процесс начался у наших предков не раньше, чем разошлись эволюционные пути утконосов и прочих млекопитающих, то есть всего 166 млн лет назад. Такого срока нашей Y-хромосоме оказалось достаточно, чтобы съежиться с 700–1000 генов до 55; легко подсчитать, что еще через 10–11 млн лет она может полностью исчезнуть.
Бесхромосомные мужчины
Конечно, прогнозировать, что будет с человечеством в столь дальней перспективе, довольно трудно. Однако очевидно, что даже полное отсутствие Y-хромосомы не приведет ни к вымиранию вида, ни даже к отказу от полового размножения. Такие примеры известны и сегодня: самцы родственных хомякам слепушонок (Ellobius talpinus), которые обитают на юго-востоке Европы и Средней Азии, а также японских колючих мышей (Tokudaia sp.) давно потеряли Y-хромосому (и даже ген SRY) и, как и самки, несут одну или две Х — и прекрасно обходятся этим набором.
И слепушонки Закавказья, и щетинистые крысы Японии, и североамериканскпе полевки могут похвастаться тем, что у части видов Y-хромосома и ген SRY полностью исчезли. У них есть только Х-хромосома — или в единичной (XO), или в двойной дозе (XX) у обоих полов. Некоторые из грызунов перенесли гены, обычно присутствующие на Y-хромосоме, на Х-хромосому, у других часть генов вообще отсутствует. Для нас всё это выглядит довольно загадочно.
До последнего времени было неясно, как в этих животных вообще определяется пол — если в них не работает ген SRY. Но команде биологов из Университета Хоккайдо под руководством Асато Кураивы удалось выяснить это благодаря экспериментам с японскими щетинистыми крысами — группой из трех видов грызунов, живущих на разных маленьких островах и находящихся под угрозой исчезновения.
Команда Кураивы обнаружила, что большинство генов с Y-хромосомы у этих крыс были перемещены в другие хромосомы. Но не было ни признаков SRY, ни гена, который бы его заменял. Вместо этого команда обнаружила последовательности, которые были в геномах самцов, но не были в геномах самок. Разница была совсем крошечной (только 17 000 последовательных пар из 3 миллиардов). Но она присутствовала у всех самцов и ни у одной самки.
Ученые предполагают, что в этом фрагменте дуплицированной ДНК содержится переключатель, который включает выработку SOX9 вместо SRY. «Самцовость» включается одной небольшой последовательностью, и никакая отдельная хромосома, хранящая огромный объем лишних данных, для этого не нужна.
Таким образом, различия между самцами и самками стали определяться другой (для крыс — третьей) хромосомой, которая отчасти приобрела функции половой. Пока она не слишком отличается от остальных хромосом, но со временем, воз можно, повторит эволюционный путь Y, деградировав до более короткой формы, не такой опасной с точки зрения мутаций. Возможно, по этому пути пойдет и человеческий геном — вопрос лишь в том, какая именно хромосома станет новой «мужской».
Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!
Без активной гиперссылки на материал Sauap.org копирование запрещено!
Ссылки: https://www.techinsider.ru/science/1666933-umirayushchaya-hromosoma-samcov-chto-proishodit-s-genomom-mujchin/, https://habr.com/ru/companies/getmatch/articles/710112/
