Мэтт Ридли - Геном

Продолжим изучение гена SRY. Он довольно своеобра­зен. В данном гене не допускаются никакие мутации. У всех мужчин на Земле в последовательности нуклеотидов нет отличий ни по одной букве. По предположениям ученых, последний раз этот ген изменялся у наших предков при­мерно 200 ООО лет назад. В то же время наш ген SRY силь­но отличается от аналогичного гена шимпанзе и горилл. Межвидовая частота изменений в этом гене в 10 раз пре­вышает среднюю частоту мутаций по всему геному. Этот ген изменялся в ходе эволюции намного быстрее, чем гены других важных белков.

Как же можно объяснить этот парадокс: абсолютный консерватизм внутри вида и высокая изменчивость между видами? Уильям Амос и Джон Харвуд (John Harwood) объяс­няют этот феномен проявлением антагонизма хромосомы X в отношении хромосомы Y, что заставляет последнюю «убегать и прятаться». Время от времени на хромосоме X возникает ген-преследователь, нацеливающий свою актив­ность на белок, кодируемый геном SRY. С этого момента селективное преимущество получают те редкие мутации в гене SRY, которые делают его белок неузнаваемым для бел­ка-преследователя. На фоне стремительно сокращающейся популяции мужчин, обладатели такого измененного гена по­лучают широчайшие возможности передать новый ген сле­дующим поколениям. В скором времени распространение новой версии гена SRY позволяет выровнять баланс между полами в популяции. В конце концов, новая форма SRYcra- новится единственной у всех мужских особей. В результате серии таких эволюционных прорывов, которые могут про­исходить очень быстро, не оставляя следа для археологов, дивергенция гена между видами стремительно нарастает, тогда как внутри вида ген сохраняет постоянство. Если тео­рия Амоса и Харвуда верна, то такие события в эволюции человека должны были происходить несколько раз после того момента, когда 5-10 млн лет назад разделились предки шимпанзе и человека. Причем последний раз такая «эво­люционная чистка» произошла примерно 200 ООО лет назад (Amos W., Harwood J. 1998. Factors affecting levels of genetic diversity in natural populations. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series В 353: 177-186).

Возможно, вы почувствовали разочарование. Все те дра­матические страсти и конфликты, которые я обещал в на­чале главы, вылились в соревнование и маленькие подло­сти отдельных молекул. Вам не страшно? Подождите, ведь я еще не закончил свой рассказ и как раз сейчас собираюсь связать молекулярные конфликты с реальными проблема­ми людей.

Ведущий исследователь проблемы полового антагониз­ма Уильям Райе (William Rice) из Калифорнийского универ­ситета в Санта-Круз не так давно провел серию блестящих экспериментов. Но сначала давайте возвратимся на время к нашим далеким предкам, когда только появилась половая хромосома Y и начался процесс освобождения ее от ненуж­ных генов, которые могут послужить мишенью для хромосо­мы X. Зарождающаяся хромосома Y, по выражению Райса, стала прибежищем мужских генов. Поскольку хромосома Y никогда не встречается в женском организме, на ней могли без ущерба для популяции собираться гены бесполезные или даже вредные для женского организма, лишь бы они могли принести хоть какую-то пользу мужской особи. Но если вы до сих пор думали, что эволюция хромосом всег­да идет на пользу развитию вида, забудьте об этом сейчас. У плодовых мушек, так же, как и у человека, сперма пред­ставляет собой множество сперматозоидов, находящихся в богатой белками семенной жидкости. Белки семенной жидкости — это такие же продукты генов, как и все осталь­ные белки. Назначение этих белков до конца не известно, но у Райса зародилась интересная догадка: после полового акта у плодовых мушек (удобный объект для эксперимен­тов) эти белки попадают в гемолимфу самки и достигают нервных центров. Здесь они выступают в роли гормонов: угнетают половую страсть самки и стимулируют овуляцию. Тридцать лет назад мы бы рассматривали такой эффект как результат естественного отбора признаков, полезных для вида. Действительно, настало время для самки перестать искать половых партнеров и позаботиться о потомстве. «Удачный половой акт с самцом направил поведение самки в нужное русло», — слышим мы слова комментатора канала «Дискавери». Но сейчас ученым этот пример представля­ется в ином, более печальном свете. Самец пытается мани­пулировать самкой и заставить ее прекратить связи с дру­гими самцами и отложить яйца, оплодотворенные только его семенем. Причем такое поведение самца объясняется не его волей, а эгоистичными приказами генов полового антагонизма, сосредоточенных на его хромосоме Y (или запущенных белками, синтезированными под контролем генов хромосомы Y). Гены полового антагонизма самки развиваются в направлении противодействия чуждым им генам и белкам самца, делая самку все более устойчивой к манипуляциям. Результат полового противостояния обыч­но остается ничейным.

Райе провел очень сложный и хорошо продуманный экс­перимент, чтобы проверить свою идею эгоистичности по­лового противостояния. Он вывел линию плодовых мушек, в которой в результате близкородственного скрещивания на протяжении 29 поколений эффективность спермы сам­цов и устойчивость к ней самок стремительно развивались. В другой группе мушек Райе сделал все возможное, чтобы ослабить развитие устойчивости у самок. Когда, наконец, Райе скрестил самцов из первой группы с самками из вто­рой группы, эффективность спермы была такой, что про­сто убила самок (Rice W. R. 1992. Sexually antagonistic genes: experimental evidence. Science 256: 1436-1439).

Райе убежден, что половой антагонизм был двигателем эволюции видов. Гены, которые попадали в эпицентр по­лового антагонизма, отличаются чрезвычайной межвидо­вой изменчивостью. Например, высокая частота мутаций была выявлена у медуз «морское ушко» ( Haliotis sp.) в гене лизирующего фермента, который используют сперматозо­иды для пробуравливания гликопротеинового (состоящего из углеводов и белков — примеч. ред.) покрова яйцеклетки. Это можно объяснить постоянным соревнованием между ферментом и все более усложняющимся покровом яйце­клеток. (Скорее всего, аналогичный ген также быстро эво­люционирует и у других организмов, в том числе и у чело­века.) Легкая проницаемость удобна для сперматозоидов, но вредна для яйцеклетки, поскольку в этом случае проско­чить могут сразу два сперматозоида, что нарушит развитие организма. Другой пример быстро изменяющихся генов (уже ближе к человеку) — это гены белков плаценты. Сейчас многие ученые с подачи Дэвида Хейга (David Haig) полага­ют, что взаимоотношения организма матери и плаценты, которая развивается исключительно под контролем генов, унаследованных эмбрионом от отца, лучше всего описыва­ет модель взаимоотношения паразита и хозяина. Плацента пытается преодолеть сопротивление материнского орга­низма и навязать свои требования к содержанию сахара в крови и кровяному давлению, которые больше устраивают эмбрион, чем мать (Haig D. 1993. Genetic conflicts in human pregnancy. Quarterly Review of Biology 68: 495-531). Более под­робно эти взаимоотношения мы рассмотрим позже, когда подойдем к хромосоме 15.