Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии
Теперь, наверное, стало понятнее, как в разных ветках жизни совершенно разные последовательности ДНК брали на себя функцию половых хромосом, а кое-кто, например крокодилы, научился и вовсе обходиться без них. Изогнуть свою хромосому так, чтобы запустился SOX9, можно в ответ на разные команды, и независимо от внешнего сигнала результат будет один – принятие решения о том, кем быть, мальчиком или девочкой. И если в этом механизме что-то поломается, наступают печальные последствия: рождается ребенок с нарушениями полового развития. Такое, увы, случается у одного из примерно 5000 младенцев, и работы Ловелла-Бэджа помогут разобраться, что в таком случае можно сделать.
Вот мы и рассказали о том, как в человеческих клетках, в генитальном гребне зародыша, принимается решение о том, кем станет этот зародыш, мужчиной или женщиной. Теперь, когда читатель на пробу окунулся в пучину биологической сложности, можно вернуться на поверхность, к предметам более легковесным и занимательным. Например, к вопросу об эволюции половых хромосом.
БИБЛИОГРАФИЯCassandri M., Smirnov A., Novelli F., et al. Zinc-Finger Proteins in Health and Disease. Cell Death Discovery. 2017. 3: 17071.
Gonen N., Futtner C. R., Wood S., et al. Sex Reversal Following Deletion of a Single Distal Enhancer of Sox9. Science. 2018. 360(6396): 1469–1473.
Kamachi Y., Kondoh H. Sox Proteins: Regulators of Cell Fate Specification and Differentiation. Development. 2013. 140(20): 4129–4144.
Kashimada K., Koopman P. Sry: The Master Switch in Mammalian Sex Determination. Development. 2010. 137(23): 3921–3930.
Li X., Han M., Zhang H., et al. Structures and Biological Functions of Zinc Finger Proteins and Their Roles in Hepatocellular carcinoma. Biomarker Research. 2022. 10(1): 2.
Mallik R., Kundu A., Chaudhuri S. High Mobility Group Proteins: The Multifaceted Regulators of Chromatin Dynamics. Nucleus. 2018. 61(3): 213–226.
Sarkar A., Hochedlinger K. The Sox Family of Transcription Factors: Versatile Regulators of Stem and Progenitor Cell Fate. Cell Stem Cell. 2013. 12(1): 15–30.
Sekido R., Lovell-Badge R. Sex Determination and SRY: Down to a Wink and a Nudge? Trends in Genetics. 2009. 25(1): 19–29.
Sinclair A. H., Berta P., Palmer M. S., et al. A Gene from the Human Sex-Determining Region Encodes a Protein with Homology to a Conserved DNA-Binding Motif. Nature. 1990. 346(6281): 240–244.
Глава восемнадцатая, в которой противоположные воробьи притягиваются
Возникновение половых хромосом
На самом деле нам повезло: механизм хромосомного определения пола у человека, который нам по понятной причине интереснее всего, строен и логичен. Если бы все в природе было устроено так складно, сложно было бы спорить со сторонниками «разумного замысла». И наоборот, эволюционисту здесь негде развернуться, потому что вообще непонятно, с чего бы такому совершенству еще куда-то эволюционировать.
К счастью, подавляющее большинство живых тварей совсем не таковы: вместо стройности и логики мы видим нагромождение странностей, выдающее полное отсутствие плана и перепады настроений у прораба. Сейчас мы по очереди разберем несколько примеров, когда хромосомное определение пола так или иначе дает сбой или просто выглядит странновато. Но в этих странностях, как было сказано, есть своя прелесть: по ним можно судить о творческих методах эволюции.
Итак, на авансцену выходит белошейная зонотрихия Zonotrichia albicollis, она же белогорлый воробей, она же воробьиная овсянка, она же белогорлый подорожниковый вьюрок. Одним словом, маленькая певчая птичка, обитающая в Канаде, а на зиму перелетающая в США вплоть до Флориды и Техаса. Сразу придется сделать отступление и рассказать, как недавно зонотрихия наделала шуму в прессе. Дело в том, что канадские патриоты всегда гордились своим воробьем, поскольку он, как они думали, воспевал их родную страну в песне. В этой мелодии им отчетливо слышались слова: «O-oh, sweet Canada, Canada». Любознательные читатели могут послушать этот мотив сами ( https://ebird.org/species/whtspa/CA-ON) и согласиться с канадцами или оспорить их трактовку. Впрочем, франкофонные жители Квебека слышат в песне воробья совсем другое, более соответствующее жанру брачного призыва, каковым эта песня и является: «Ou es-tu, Frederique, Frederique?!»
Как бы то ни было, с начала ХХI века зонотрихии все чаще стали петь по-другому, заканчивая песню не тремя, а двумя короткими нотами. Получалось «sweet Cana» или даже «sweet Texas», что, конечно, больно ранило нежные канадские сердца. Оказалось, что моду на новую песню принесли зонотрихии с запада континента, из-за Скалистых гор, с которыми восточные зонотрихии встречались на зимовке. Песня с двумя финальными нотами понравилась самкам и начала триумфально распространяться. Если дело и дальше пойдет такими темпами, лет через десять весенними рассветами уже никто не будет воспевать своим щебетом милую Канаду. А возможно, воробьиная мода, сделав виток, вернется к проверенной временем классике.
Эта история тоже имеет отношение к половому размножению, точнее, к половому отбору, но мы вспомнили о зонотрихии не из-за нее. И тем более не из-за странной способности воробьиной овсянки не спать во время перелетов по много-много суток (как видим, птичке есть чем гордиться, кроме своих половых причуд). Зонотрихия пришла в наше повествование как пример редкого эволюционного процесса, когда пара хромосом, служившая в качестве половых, на наших глазах, возможно, пытается передать свои функции другой паре. Именно такую гипотезу выдвинула Элейна Татл (Elaina Tuttle), посвятившая белогорлому воробью четверть века своей научной карьеры и безвременно скончавшаяся от рака в 2016 году, сразу после публикации своей самой звездной статьи.
Элейну заинтриговало следующее обстоятельство: есть две разновидности зонотрихий, которые различаются, во-первых, окраской, а во-вторых, половым поведением. У первой разновидности на голове есть яркие белые полоски. Самцы с такими полосками поют громко и много и вообще очень активны в поисках самок. Однако, когда доходит до семейной жизни, они оказываются весьма безалаберными и нередко покидают своих птенцов, оставляя их на попечение матери. Впрочем, белые полоски бывают и на головах самок, и такие дамочки также не отличаются постоянством в любви и прилежанием в материнстве.
У других зонотрихий полоски на голове бежевые. Самцы с таким украшением куда менее склонны к донжуанству, зато отличаются абсолютной преданностью родному гнезду и детям. Самки с бежевыми полосками тоже домовиты и чадолюбивы.
Кто-то может подумать, что если самец и самка с бежевыми полосками встретятся, то у них-то и возникнет идеальная семья, где все яйца хорошо высижены, а птенцы живы, сыты и поголовно достигают птичьей зрелости. Зато уж у белополосых самца и самки – сплошная свободная любовь, свинг и обездоленные дети. Но нет! Самки с бежевыми полосками вообще не смотрят на самцов своего типа окраски: им подавай белоголовых распутников. И наоборот, белоголовые самки-вертихвостки все как одна отдают предпочтение самцам с бежевыми полосками на голове, славным своей добродетелью.
Доктор Татл начинала свое исследование в конце 1980-х, когда и речи не было о том, чтобы расшифровывать геномы каких-то не слишком важных для человечества птах. Но Элейна проводила каждое лето на Клюквенном озере в штате Онтарио, неподалеку от границы с США, где лично вникала в интимную жизнь зонотрихий. Иногда приходилось и грубо вмешиваться в нее по праву исследователя: так, доктор Татл стала, наверное, единственным в мире зоологом, освоившим технику забора спермы у самца воробьиной овсянки.
Вскоре Элейна Татл убедилась, что предположения верны: зонотрихии с белыми полосками и зонотрихии с бежевыми полосками практически никогда не образуют пары с себе подобными. Можно пофантазировать, чем такое свойство могло бы понравиться естественному отбору: пары птиц-распутников наверняка не достигали бы желаемого успеха в выращивании птенцов, а добродетельные, но застенчивые зонотрихии могли иметь сложности на стадии знакомства и флирта. На самом деле это никому не известно, но и не так уж удивительно. По-настоящему интригующий момент в другом.