Люди довольно давно задумались над вопросом: от чего зависит рождение мальчика или девочки. Возможно, сильные мира сего, которым было важно произвести на свет наследника мужского пола, первыми стали размышлять над тем, как увеличить шансы на успех.
Хромосомы человека
Wikimedia Commons
Аристотель полагал, что выбор пола определяется теплом мужчины во время зачатия. Чем горячее страсть, тем выше вероятность рождения мальчика. Если же родитель не молод, но желает обзавестись сыном, Аристотель советовал зачинать ребенка летом, когда тепло. Со времен Аристотеля и до начала XX века ученые связывали определение пола с внешними условиями: температурой, питанием родителей и так далее. Лишь в 1905 году был обнаружен известный теперь даже школьнику факт: пол зависит от хромосомного набора. У мужчин есть две половые хромосомы X и Y, а у женщин – X и X.
Если есть Y-хромосома – это всегда мальчик. Даже если в результате сбоев в развитии у человека будет две, три, четыре X-хромосомы при одной Y-хромосоме, это единственной хромосомы будет достаточно для рождения мальчика. Правда, в этих случаях патология всё-таки проявляется (так называемый синдром Клайнфельда). Мужчины с набором хромосом XXY обычно бесплодны, у них несколько снижен интеллект, есть и другие аномалии в развитии. Если же Y-хромосомы нет, а есть только одна половая хромосома X, рождается девочка с целым набором аномалий в развитии (синдром Шерешевского-Тернера).
Если быть более точным, рождение мальчика обуславливает не вся Y-хромосома, а лишь определенный ее участок, который получил название SRY (sex determining region Y). Ген SRY у эмбриона человека заставляет зачаток его половых желез формироваться в мужские железы. Затем железы начинают выделять свои гормоны, которые и направляют всё развитие организма по мужскому типу.
Y-хромосома может оказаться «бракованной», с отсутствующим плечом. Если у нее нет плеча, содержащего SRY, то получится девочка (хоть и с набором хромосом XY). Если у Y-хромосомы отсутствует другое плечо – мальчик. Более того, существуют даже мужчины с набором XX, но у них в результате мутации участок SRY из Y-хромосомы перенесся в X-хромосому (транслокация). Такой хромосомный набор имеет приблизительно один мужчина на 20 тысяч.
Определение пола такого типа (XX – самка, XY – самец) характерно и подавляющего большинства других млекопитающих. Если же мы обратимся к другим позвоночным животным – рептилиям и птицам, то встретим противоположную систему. У них две одинаковых половых хромосомы свойственны самцам, а разные – самкам. Хромосомные наборы в этом случае обозначаются ZZ (у самцов) и ZW (у самок).
Есть более редкие типы определение пола, в которых одна из двух половых хромосом может отсутствовать. Их два, в одном у самок набор XX, а у самцов X0 (нулем обозначается отсутствие хромосомы), во втором у самцов набор ZZ, а у самок Z0. Эти типы встречаются, например, у некоторых насекомых.
Определение пола по типу X0/XX имеется у популярного лабораторного животного – нематоды Caenorhabditis elegans, только у нее набор X0 имеют самцы, а XX – не самки, а гермафродиты. При этом гермафродиты способны к самооплодотворению, в результате которого рождаются новые гермафродиты (и лишь 0,02% самцов). Самцы же могут оплодотворять гермафродитов, причем их сперма имеет преимущество в конкурентной борьбе, поэтому в этом случае появляется равное количество самцов и гермафродитов.
Иногда пол определяется нестандартно. У другого популярного лабораторного объекта – мухи-дрозофилы – определение пола обусловлено соотношением между X-хромосомами и неполовыми хромосомами (аутосомами). Если число X-хромосом равно числу аутосом, то появляется самка, если X-хромосом в два раза меньше, чем аутосом, то самец. Есть более редкие случаи. При соотношении X-хромосом и аутосом в пропорции два к трем, развиваются так называемые «интерсексы». Если на одну X-хромосому приходятся три аутосомы, то получаются «метасамцы», а если X-хромосом больше, чем аутосом, рождаются «метасамки». «Метасамцы» и «метасамки» обычно мало жизнеспособны. Y-хромосомы у дрозофил тоже есть, но они не участвуют в определении пола, а лишь отвечают за способность самцов оставить потомство.
Более того, одна муха дрозофила может иметь как женские, так и мужские клетки, то есть одни части мухи имеют вид, характерный для самок, а другие – для самцов. Это происходит, когда при эмбриональном развитии какие-то из клеток утрачивают одну из X-хромосом (равновесие нарушается и развитие идет по мужскому типу). У млекопитающих общее развитие регулируется гормонами, но у насекомых половых гормонов нет, и каждая клетка «выбирает» пол, исходя из доставшегося ей хромосомного набора. Подобные особи называются гинандроморфами. Гинандроморфы встречаются и среди других насекомых.
Крупный палочник Heteropteryx dilatata. Гинандроморф.
Бабочка голубянка икар (Polyommatus icarus). Гинандроморф.
А вот к кому подходили слова Аристотеля о зависимости пола ребенка от тепла, так это к черепахам и крокодилам. У большинства черепах, всех видов крокодилов, а также у некоторых ящериц температура, при которой развиваются яйца, определяет появление на свет самцов или самок. Как правило, из яиц, инкубируемых при более низкой температуре, появляется какой-то один пол, из яиц, инкубируемых при более высокой температуре, другой, и лишь небольшой температурный промежуток со средним значением обеспечивает наличие и самцов, и самок. Для морской черепахи Caretta caretta температура ниже 28°С влечет рождение одних самцов, выше 32°С – исключительно самок, но если она будет в диапазоне от 28°С до 32°С, родятся и те, и другие.
Связь между соотношением полов и температурой инкубации у некоторых видов ящериц и черепах.
В 1982 году Фергюссон и Джоанен выдвинули гипотезу, согласно которой этим свойством обладали также и динозавры. Следовательно, вымирание динозавров вызвано тем, что из-за климатических изменений у них вылуплялись детеныши только одного пола. Совсем недавно в научном журнале Nature Climate Change была опубликована статья, авторы которой полагают, что по той же причине вымирание может грозить морским черепахам. Из-за потепления среди их потомства рождается всё меньше самцов. В данный момент на островах Зеленого Мыса, если яйца черепах отложены на пляжах со светлым песком, вылуляется 70,10% самок, а если песок темный, то 93,46% самок.
Существует донное морское животное Bonellia viridis. Ранее оно с группой родственных видов включалось в тип кольчатых червей, теперь относится к отдельному типу – эхиурид (Echiurida). Микроскопическая личинка бонеллии снабжена ресничкам, благодаря которым движется в толще воды. Затем она опускается на дно и «решает», какой пол выбрать, став взрослой бонеллией. Если она окажется на грунте, то превратиться в самку – зеленоватое червеобразное существо с раздвоенным хоботком, длинной до 15 см. Но если личинка опустится на хоботок другой самки бонеллии, то она станет самцом. Самцы бонеллий очень напоминают личинок. Длина их всего 1—3 мм. Они заползают в тело самки, где и живут, ведя, прямо скажем, паразитический образ жизни, в ее половой системе. Там они оплодотворяют яйца, яйца попадают в воду, из них выходят плавающие личинки, и всё повторяется. Появление самцов бонеллий не зависит от генов, а вызывается веществами, которые выделяются из хоботка самки. Своеобразный жизненный цикл бонеллий с самцами-паразитами открыл еще 1868 году зоолог Александр Ковалевский, а вот механизм определения пола у них выяснили позднее.
Морские брюхоногие моллюски вида Crepidula fornicata отличаются тем, что заползают друг на друга, образуя пирамиды. Изначально все они самцы. Потом их репродуктивная система атрофируется, но через какое-то время возникает снова. При этом вторичном развитии определение пола зависти от места моллюска в пирамиде. Моллюск, прикрепленный к самке, становится самцом. Но из-за наличия многочисленных самцов некоторые из них становятся самками. Если же моллюск стал самкой, в самца он уже превратиться не может.
Группа моллюсков Crepidula fornicata
В середине мая журнал Nature опубликовал статью большой группы японских биологов, исследовавших механизм определения пола у тутового шелкопряда (Bombyx mori). Казалось бы, у шелкопряда довольно распространенная система ZZ – самцы, ZW – самки. Но исследователи не смогли обнаружить ни одного белка, который бы кодировала W-хромосома шелкопряда. Более того, методами биоинформатики они не сумели найти ни одной последовательности на этой хромосоме, которая хотя бы напоминала что-то кодирующее белок.
Как же хромосома влияет на пол? Ученые смогли выяснить, что на W-хромосоме создаются специфические малые молекулы РНК – так называемые piwi-РНК. Механизм, который определяет пол шелкопряда, напоминает РНК-интерференцию. Только в ней участвуют не малые интерферирующие РНК или микроРНК, а эти самые piwi-РНК. Они блокируют действие гена, находящегося на Z-хромосоме и определяющего развитие самца. В результате бабочка становится самкой. Это первый известный науке случай, когда пол определяется при помощи РНК.
Работа японских ученых имеет не только теоретическое значение. Специалисты по шелководству давно хотели бы научиться манипулировать определением пола у гусениц шелкопряда, так как самцы дают шелк куда более высокого качества.
Источник: Максим Руссо polit.ru
