Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии

Распутство или верность домашнему очагу – это стратегии размножения, а полоски на голове – признаки, по которым об этих стратегиях могут судить соплеменники. В наших прошлых беседах мы пришли к тому, что само существование двух, и именно двух, полов – следствие разделения таких стратегий на взаимно дополняющие противоположности. Другими словами, и сами полоски, и повадки их носителей – это вроде бы признаки пола. Когда мы рассуждали о принципе Бейтмана, о стратегиях «принцесс» и «профурсеток», то без всяких объяснений предполагали, что все это неразрывно связано с полом. У зонотрихии же все по-другому: половое поведение и сам пол как-то перпендикулярны друг другу.
Ясно, что «цвет полосок на голове», «верность партнеру» и «склонность к выбору партнера с определенным цветом полосок на голове» – это все совершенно разные вещи и уж никак не могут определяться одним геном. Генов, видимо, несколько. Тем не менее зонотрихии бывают только двух разновидностей, то есть признаки окраски и поведения никогда не перемешиваются – гены не рекомбинируют. Такое, как мы понимаем, бывает с половыми хромосомами, и там это важно, потому что признаки разных полов перемешивать никак нельзя. Но у белогорлого воробья обычные два пола тоже есть, и они-то как раз легко тасуются и с окраской, и с поведением!
Ситуация выглядит так, как будто у этих птичек есть обычные два пола – скажем, М и Ж, задаваемые половыми хромосомами, – у птиц это ZZ или ZW соответственно. А еще есть два «альтернативных пола», назовем их А и Б, задаваемые непонятно чем, но чем-то, тоже удивительно напоминающим половые хромосомы. И спариваться между собой могут только те, кто различается между собой по каждой из этих пар.
На самом деле ради связности изложения пришлось немного слукавить и не упомянуть, что хромосомные различия зонотрихий с белыми и бежевыми полосками были известны очень давно, задолго до того, как Элейна Татл пришла в эту историю. Эти различия – во второй паре обычных, неполовых хромосом, то есть аутосом. Именно там было обнаружено то, что генетики называют инверсией: довольно большой кусок хромосомы был перевернут задом наперед. Элейна Татл выполнила весьма подробный анализ этого куска, который она назвала «супергеном» (в генетике таким словом называются большие фрагменты генома, влияющие на несколько разных признаков, но ведущие себя в скрещиваниях как один ген). Оказалось, что в перевернутом куске действительно содержатся в том числе и гены окраски.
Надо полагать, инверсия такого большого куска хромосомы оказалась не слишком удачным приобретением. По крайней мере, Элейна Татл никогда не видела птичек, у которых были инверсии в обеих хромосомах II пары – видимо, они не жильцы. У птиц с белыми полосками на голове инверсия есть только в одной из двух хромосом II пары. А у птиц с бежевыми полосками обе хромосомы одинаковы, без инверсии. Поскольку самец с белыми полосками (с инверсией в одной хромосоме II пары) всегда спаривается с самкой с бежевыми полосками (с одинаковыми хромосомами II пары), потомство всегда состоит из половины белополосых птенцов и половины бежевополосых. И конечно, из половины яиц вылупляются самки, из половины самцы. Но вот только эти два свойства перемешаны у них случайным образом. При этом благодаря разборчивости зонотрихий в выборе партнера две хромосомы с инверсиями никогда не встречаются в одном геноме, что, несомненно, полезно для вида.
Чтобы обосновать свои выводы, Элейна Татл дождалась того золотого времени, когда расшифровка геномов перестала быть затеей на миллион долларов. И тогда ученой пришлось прочитать ни много ни мало пятьдесят полных геномов воробьиной овсянки, благо ее лабораторный холодильник был полон образцов овсяночьей крови. В частности, ее интересовало, действительно ли инвертированный участок II хромосомы накапливает мутации гораздо быстрее, чем остальной геном. Такого следовало бы ожидать, если белополосые особи и правда никогда не скрещиваются и, стало быть, инвертированные хромосомы никогда не проходят через мейоз и рекомбинацию. Даже ничтожной доли скрещиваний между белополосыми воробьями было бы достаточно, чтобы «почистить» инверсию от мутаций. Но нет: мутаций на ней было действительно в разы больше, чем в остальных местах. Заодно стало ясно, почему такая порченая хромосома никогда не встречается в двух копиях и почему белополосым нет смысла скрещиваться между собой – ведь тогда многие птенцы оказались бы нежизнеспособными.
 
Выводы Элейны Татл были таковы: у одного из десятка тысяч видов птиц на Земле на наших глазах эволюционирует новая половая хромосома, и она уже перехватила многие функции (в том числе диморфизм в окраске и поведении), за которые у остальных видов отвечает как раз традиционная пара половых хромосом.
Что ждет белогорлого воробья дальше? Некоторые скептики в своих отзывах на работу Элейны Татл утверждали, что ничего хорошего: виду, которого угораздило завести такую сложную систему репродукции с ограниченным выбором партнеров, нелегко избежать вымирания. Если так, то новая половая хромосома может и не состояться. Но возможно, что в один прекрасный день в далекой Канаде вылупятся птенчики, у которых гены, определяющие развитие половых органов, перескочат с хромосом Z или W на 2-ю, а то и вовсе две хромосомы объединятся в одну большую. Тогда в птичьем царстве появится новая половая хромосома, а зонотрихии окончательно решат для себя, кому у них положено распутничать, мальчикам или девочкам.
Гипотеза о том, что прямо сейчас в самой гуще класса птиц зарождается альтернативная система определения пола, возникла у Элейны Татл не на пустом месте. В следующих главах мы увидим, что все события, о которых шла речь выше, – хромосомная инверсия в одной из аутосомных пар, затруднения с рекомбинацией, быстрое накопление мутаций и потеря генов – происходили в половых хромосомах у предков ныне живущих видов. Это уж точно случалось у наших предков-млекопитающих. Кстати, вот что любопытно: если принцип Бейтмана хоть немного работает, то новый мужской пол у потомков зонотрихий должен бы оказаться более ветреным и склонным к промискуитету, чем женский. Можно ожидать, что он возникнет на базе разновидности с белыми полосками. У таких зонотрихий, как мы узнали, хромосомы II пары разные, то есть этот новый мужской пол будет гетерогаметным. А значит, новая ветвь на эволюционном древе птиц перейдет от определения пола по системе ZW к более близкой нашему сердцу системе XY. Такого с птицами пока вроде бы не случалось. А вот у их (да и наших) предков-рептилий обе системы используются с равным успехом.
Вряд ли мы в течение нашей жизни узнаем, что ждет канадского белогорлого воробья в его эволюционном будущем и суждено ли ему стать основоположником нового птичьего племени. И уж точно об этом не узнает Элейна Татл: одно из неприятных свойств смерти в том, что уже ничего не получится добавить к тем знаниям, которые ты получил в течение жизни. А у нас пока получается: вот и еще одна крупица информации добавилась к нашему багажу сведений о половых странностях земных существ.
Пока наше время на земле не истекло, можно задаться еще одним вопросом. Допустим, что в случае воробьиной овсянки мы и вправду стали свидетелями самой первой фазы передачи функций определения пола от одной пары хромосом к другой. А где можно посмотреть на последние фазы процесса? Как ни странно, у изученной вдоль и поперек плодовой мушки. Одна из хромосом дрозофилы – самая маленькая – получила название точечной (а остальные, соответственно, называют стержневыми). Эта хромосомка во многом ведет себя странно: мухе, похоже, не очень важно, одна или две такие хромосомы у нее в геноме, при этом точечная хромосома оказывает «мягкий феминизирующий эффект» на определение пола. Есть у нее и другие черты, заставляющие вспомнить о половых хромосомах. Подозрения исследователей подтвердились, когда были расшифрованы последовательности хромосом у разных представителей двукрылых. Похоже, что в линии, ведущей к дрозофиле, функции половой хромосомы перешли от точечной хромосомы к первой, самой большой. При этом процесс еще не закончен, и именно поэтому точечная хромосома пока еще проявляет некоторые странности, которые и навели генетиков на след.