Мэтт Ридли - Геном

Когда-то в древние времена наши предки перешли от общего для большинства рептилий принципа определе­ния пола зародыша в зависимости от температуры яйца в кладке к более надежному генетическому контролю. Появлению половых хромосом предшествовало появление генов, управляющих половым диморфизмом, — морфоло­гическими отличиями между самцами и самками, делающи­ми их более приспособленными к выполнению своих спе­цифических функций. Так, у млекопитающих появились и закрепились гены, которые превращали женский организм зародыша, заданный по умолчанию, в мужской. У птиц на­оборот, возникли гены, превращающие мужской организм в женский. Половой диморфизм затрагивал многие мор­фологические признаки организмов. Например, развитая мускулатура и агрессивный характер больше способство­вали успеху самцов, тогда как для самок атлетическое сло­жение и тяга к сражениям были лишь бесцельной тратой энергии, которую лучше направить на защиту и воспитание потомства. Таким образом, нашлось довольно много генов, которые были востребованы в организме одного пола, но оказались лишними в организме другого. Их называют по­ловыми антагонистическими генами.

Половые хромосомы возникли в результате мутации, ко­торая нарушила естественный процесс обмена участками парных хромосом. События переноса генов с одной поло­вой хромосомы на другую стали редкими, что позволило каждой из хромосом эволюционировать своим собствен­ным путем. Например, два одинаковых гена, ответствен­ных за метаболизм кальция, оказавшись на разных хромо­сомах, могли продолжить эволюцию в сторону использова­ния кальция для рогов (версия гена на хромосоме Y) или в сторону накопления кальция в молоке (версия гена на хромосоме X). Чем сильнее шла дифференциация генов на половых хромосомах, тем более специализированными и, следовательно, более эффективными становились самцы и самки в популяции. На хромосоме Y накапливались гены, полезные самцам, но бесполезные или вредные для самок, а на хромосоме X шел тот же процесс, но в обратном на­правлении. Половые гены не только распределялись по разным хромосомам, но и вступали в схватку друг с другом. Например, недавно на хромосоме X был обнаружен ген DAX. В редких случаях этот ген удваивается на хромосоме X. В результате организм с хромосомами X и Y оказывает­ся не мужчиной, а женщиной. На хромосоме Y был найден подобный ген SRY, который управляет развитием мужского организма. Один ген SRY справляется с одним геном DAX, но две копии гена DA X побеждают SRY (Swain A. et al. 1998. Daxi antagonises sry action in mammalian sex determination. Nature 391: 761-767).

Из-за этого неожиданного проявления антагонизма мо­жет развиться неприятная ситуация. Разделение имуще­ства ведет к появлению личных интересов и конкуренции. Причем личные интересы отдельных половых хромосом и их взаимный антагонизм могут иметь мало общего с инте­ресами вида в целом. Другими словами, то, что хорошо для хромосомы X, может быть губительно для хромосомы Y, и наоборот.

Предположим, что на хромосоме X появился ген, кото­рый контролирует синтез токсичного белка, убивающего сперматозоиды с хромосомой Y. У мужчины с подобной хромосомой X детей будет не меньше, чем у других мужчин, но рождаться у него будут только девочки. Причем все его дочери будут нести в себе этот ген, тогда как любой другой ген в популяции будет передаваться только половине де­тей. Таким образом, новый ген изначально имеет двойное преимущество в распространении и закреплении в следу­ющих поколениях по сравнению со всеми остальными ге­нами. Стремительное распространение гена прекратится только с вымиранием части популяции, несущей ген, в ко­торой не останется больше мужчин (Hamilton W. D. 1967. Extraordinary sex ratios. Science 156: 477-488).

Слишком далеко зашли? Ничуть. Именно так и произо­шло в популяции бабочек Acrea encedon, в результате чего женские особи составляют у них 97%. И это только один из многих известных в природе случаев эволюционных конфликтов, называемых изгнанием половой хромосомы. Больше всего таких примеров известно у насекомых, но это потому, что насекомые более изучены. Теперь становится понятно, откуда в статьях, которые я процитировал выше, появились такие слова как «непримиримость», «конфликт» и «антагонизм».

Несколько статистических упражнений: поскольку клет­ки женского организма содержат две хромосомы X, а в клет­ках мужского организма одна хромосома X, а другая— Y,

можно заключить, что три четверти всех половых хромо­сом является хромосомами X, а одна четверть — хромосома­ми Y. Также можно сказать, что две трети всех хромосом X находится в женской части популяции и лишь одна треть — в мужской. Таким образом, шанс, что хромосома X нанесет смертельный удар по хромосоме Y, втрое превышает веро­ятность ответного удара. Продукт любого гена, находящий­ся на хромосоме Y, может стать целью, по которому нане­сет свой удар хромосома X, начав геноцид ненавистной ей хромосомы Y. Не удивительно, что в ходе эволюции хромо­сома Y избавлялась от всех генов, не связанных с половым диморфизмом, а остальные заставила замолчать, чтобы не провоцировать конфликт с хромосомой X. Именно поэтому Уильям Амос (William Amos) сказал о хромосоме Y, что она «убежала и затаилась».

Автор представил наиболее драматическую версию раз­вития событий. Как было отмечено, хромосома Y присут­ствует лишь в мужской половине популяции, в отличие от всех других хромосом, включая хромосому X. Таким образом, любой ген, каким бы полезным он ни был для особи и популяции в целом, если ему «посчастливилось» оказаться на одной хромосоме с «половым террористом» SRY, обречен на прозябание в лучшем случае в половине популяции. Перенос гена на любую другую хромосому бу­дет эволюционно полезным как для самого гена, так и для популяции. Хотя это не исключает дополнительного дав­ления со стороны хромосомы X, эволюционной пользы от перемещения генов с хромосомы Y вполне достаточно, чтобы объяснить ее генетическую вырожденность.

Хромосома Y так старательно освобождалась от всех слу­чайных генов, что большую ее часть сейчас представляет бессмысленная ДНК, не кодирующая никаких белков, ко­торые могли бы стать мишенью для хромосомы X. Помимо наиболее важного гена SRY, который мы упоминали выше, на хромосоме Y найден еще лишь один кодирующий уча­сток ДНК— так называемый псевдоаутосомальный реги­он. Ген SRY кодирует белок, который запускает каскад био­химических реакций, ведущих к формированию мужской особи. Никакой другой ген не удостоен права владеть всей

хромосомой, хотя данный ген играет роль всего лишь пере­ключателя процессов. Щелчок, за которым следует каскад превращений: зачатки половых органов развиваются в пе­нис и семенники, формы и конституция тела меняются с женских на мужские и запускается синтез множества муж­ских гормонов. В журнале Nature как-то была опубликована шуточная карта хромосомы Y, в которой были отмечены гены переключения телевизионных каналов, запоминания и пересказывания анекдотов, интереса к спортивным стра­ницам в газетах, привязанности к кровавым фильмам и не­способности сказать слова любви по телефону. Впрочем, шутки шутками, но все эти стереотипные мужские свойства действительно кодируются генами. В шуточной схеме не­верным было лишь то, что столь специфичные гены лежат на хромосоме Y. Мужской тип мышления кодируется гена­ми опосредованно через мужские гормоны, оказывающие сильное влияние на мозг, прежде всего — через тестосте­рон. Этот гормон заставляет мужчину вести себя в большем или меньшем соответствии со стереотипами мужского по­ведения. Но все эти гормоны начинают синтезироваться только после того, как отмашку даст белок гена SRY.