Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни - Ник Лэйн

Примитивные многоклеточные колонии стоят у ворот секса и смерти, эгоистичных клеток и эгоистичных генов. Было бы крайне любопытно больше узнать об их поведении. Еще было бы интересно понять, как именно митохондрии подают сигнал к началу полового процесса в отдельных клетках. С точки зрения митохондрий половой процесс, может, и является удачным решением, но слияние двух клеток может привести к другому конфликту, а именно конфликту между двумя популяциями митохондрий из двух слившихся клеток. Эти популяции могут соперничать, а страдать будет образовавшаяся при слиянии клетка. Современные организмы, у которых есть половой процесс, прибегают к невообразимым ухищрениям, чтобы помешать передаче митохондрий одного из родителей следующему поколению. На клеточном уровне наследование митохондрий только от одного родителя является одним из определяющих признаков пола. Митохондрии не только способствовали появлению полового процесса, но и определили разделение на женщин и мужчин.

Митохондриальный геном — маленькая кольцевая ДНК, которая передается ребенку от матери вместе с митохондриями

В чем заключается коренное биологическое различие между полами? Думаю, большинство людей назовут Y-хромосому, но они ошибутся. Многие слышали, что Y-хромосома играет важнейшую роль в половом развитии, но тем не менее даже у людей она не всегда однозначно определяет пол. Примерно одна женщина из 60 тысяч является носительницей Y-хромосомы и, соответственно, имеет типично мужское сочетание хромосом XY. Приведу печальный пример: в 1985 г. Марию Патиньо, испанскую чемпионку по забегу на 60 м с барьерами, подвергли публичному унижению и лишили всех медалей, после того как она не прошла обязательный «тест на пол», несмотря на то что она явно не была мужчиной и не использовала допинг. На самом деле она была «устойчива к андрогену». Ее тело не откликалось на естественное присутствие тестостерона и поэтому развивалось «по умолчанию», то есть как женское тело. Никакого «незаслуженного» гормонального или мышечного преимущества перед другими женщинами у нее не было. Почти три года спустя, после долгих юридических разбирательств, Международная любительская легкоатлетическая федерация (IAAF) восстановила Марию Патиньо в правах. В 1992 г. IAAF вообще отменила эти тесты, а в мае 2004 г., перед Олимпийскими играми в Афинах, Международный олимпийский комитет постановил, что принимать участие в играх могут даже транссексуалы, потому что у них тоже нет гормонального преимущества.

Интересно, что Y-хромосома есть у каждой пятисотой олимпийской спортсменки. В человеческой популяции в целом она встречается гораздо реже. Видимо, какое-то физическое преимущество она дает (но с гормонами оно не связано). Нередко имеют Y-хромосому модели и актрисы. Как ни забавно, внешние данные ее носительниц (они часто оказываются высокими и длинноногими красавицами) привлекательны для гетеросексуальных мужчин. Напротив, некоторые мужчины лишены Y-хромосомы, а вместо нее имеют вторую X-хромосому. В этом случае одна из X-хромосом, как правило, содержит мелкий фрагмент Y-хромосомы, который содержит критический ген, определяющий развитие носителя как мужчины. Тем не менее иногда она его не содержит, а носитель все равно развивается как мужчина. Несколько чаще (примерно один раз на 500 родившихся мальчиков) встречается сочетание XXY (синдром Клайнфелтера). По результатам теста, после которого дисквалифицировали Марию Патиньо, люди с таким сочетанием могли бы войти в женскую сборную на Олимпийских играх — с гистологической точки зрения это женщины (так как у них есть вторая X-хромосома), хотя по всем остальным признакам это мужчины. Встречаются и другие необычные сочетания, в том числе такие, которые приводят к гермафродитизму, когда у одного человека есть признаки обоих полов, например и яичники, и семенники.

Маловажность Y-хромосомы становится очевидной, если рассмотреть детерминацию пола у разных видов. Почти все млекопитающие имеют знакомую нам систему X/Y-хромосом, но есть и исключения. Журналисты небезосновательно трубят тревогу, что Y-хромосома вымирает. Дело в том, что мутации, затрагивающие Y-хромосому, трудно скорректировать (в норме Y-хромосома только одна, и рекомбинация невозможна, так как нет «чистовика», который можно было взять за образец), а накопление мутаций может привести к «мутационному коллапсу». Известны случаи, когда млекопитающие действительно утратили Y-хромосому. Это произошло, например, у двух видов слепушонок (Ellobius tancrei и E. lutescens) — небольших грызунов семейства хомяковых. У E. tancrei оба пола имеют непарные X-хромосомы, а у E. lutescens и самки и самцы несут две X-хромосомы. Детерминация пола у слепушонок остается полной загадкой, но отрадно сознавать, что исчезновение Y-хромосомы не означает вымирания мужчин как класса.

Если заглянуть чуть дальше, X- и Y-хромосомы вообще начинают казаться несущественной подробностью. Половые хромосомы птиц (их обозначают как W- и Z-хромосомы) содержат другой набор генов, чем у млекопитающих, и, возможно, возникли независимо. Они наследуются не так, как у млекопитающих, а наоборот: самцы несут две Z-хромосомы (как самки млекопитающих), а самки несут по одной копии W- и Z-хромосомы. Интересно, что у рептилий, от которых произошли и птицы и млекопитающие, существуют обе хромосомные системы, а также ряд вариаций. Самое поразительное, что детерминация пола у холоднокровных рептилий часто вообще не зависит от половых хромосом, а зависит от температуры инкубации яиц. Например, у аллигаторов самцы получаются из яиц, развивающихся при температуре выше 34 °C, а самки — из яиц, развивающихся при температуре меньше 34 °C; при промежуточной температуре получаются и самцы и самки. У других рептилий все может быть наоборот. Скажем, у морских черепах самки развиваются из яиц, инкубируемых при более высокой температуре.

Разнообразие вариантов детерминации пола не исчерпывается рептилиями. У перепончатокрылых насекомых (муравьи, осы, пчелы и др.) самцы часто развиваются из неоплодотворенных яиц, а самки — из оплодотворенных. Поэтому если пчелиная матка спаривается с трутнем, ее дочери имеют три четверти общих генов, а не половину, как в случае систем X/Y или W/Z. Такие сходные генетические черты могли способствовать отбору на уровне колонии, а не на уровне особей, приводя к возникновению эусоциальности, когда размножение является уделом особой касты.