Чтение онлайн

Вот это настоящая проблема лишней хромосомы, и природа нашла для нее специальное решение. Биологи – их звали Мюррей Барр и Эварт Бертрам – случайно наткнулись на это решение в 1949 году, когда обнаружили в ядрах нервных клеток женщин характерные сгустки хроматина (то есть ДНК и белков). В нейронах мужчин ничего такого обычно не было. Сгустки назвали тельцами Барра, и вскоре оказалось, что это и есть лишние Х-хромосомы. А именно, в каждой клетке женского организма одна из Х-хромосом полностью инактивируется, сворачиваясь в плотный комок (так называемый гетерохроматин), а другая остается живой и действенной. Тем самым «доза» активных генов Х-хромосомы оказывается такой же, как и у мужчин.

Вся эта хитрая механика называется механизмом дозовой компенсации, и им, похоже, приходится пользоваться всем, у кого самцы и самки различаются хромосомными наборами. И вот что интересно: этот механизм, видимо, не так уж просто отключить, когда какая-то хромосома перестает быть половой и переходит в категорию «обычных» (то есть аутосом). Та самая точечная хромосома дрозофилы, о которой шла речь в восемнадцатой главе, сохранила некоторые странности в регуляции работы своих генов, очень сильно напоминающие эту самую дозовую компенсацию. По этим странностям, в частности, генетики и вывели ее на чистую воду.

Итак, когда у нас одна X-хромосома, делать с ней ничего не надо, а когда их две, то одну приходится «дозово компенсировать», то есть превратить в тельце Барра. Одна проблема решена, но возникает другая: если в разных клетках женщины активна то одна, то другая из Х-хромосом, значит, эти клетки генетически различны? А стало быть, женщина, в отличие от мужчины, – своего рода мозаика из двух разных типов клеток?! Так оно и есть, и женщин это нисколько не портит.

Каков размер фрагментов этой мозаики? Тельца Барра закладываются довольно рано в процессе развития зародыша, а потом клетки продолжают делиться и мигрировать в разные органы, но судьбы Х-хромосом уже решены раз и навсегда. В результате у взрослого организма довольно большие участки тканей оказываются генетически идентичными (в них инактивирована одна и та же Х-хромосома, или папина, или мамина). О размере этих областей можно судить, рассматривая кошек черепахового окраса. Такой окрас бывает почти исключительно у кошек женского пола, и это потому, что он связан именно с компактизацией одной из Х-хромосом и образованием телец Барра. Черепаховые кошки гетерозиготны по одному из генов окраски, расположенному на Х-хромосоме. Рыжие и черные пятна на шкуре – наглядное изображение участков ткани, где та или другая Х-хромосома превратилась в гетерохроматин.

Одна такая черепаховая кошка прямо сейчас пытается залезть на клавиатуру моего компьютера, потому что она, видите ли, очень голодна. Это хороший повод закончить наш рассказ о трагедии лишних хромосом, чтобы перейти к следующей теме.

Антология русского палиндрома, комбинаторной и рукописной поэзии / Ред. – сост. Г. Лукомников, С. Федин при участии Д. Авалиани. – М.: Гелиос АРВ, 2002.

Bachtrog D., Hom E., Wong K. M., et al. Genomic Degradation of a Young Y Chromosome in Drosophila miranda. Genome Biology. 2008. 9(2): R30.

Disteche C. M. Dosage Compensation of the Sex Chromosomes. Annual Review of Genetics. 2012. 46: 537–560.

Donohoe M. E. Chapter 14: Epigenetic Regulation of X–Chromosome Inactivation. Chromatin Regulation and Dynamics. Ed. A. Gondor. Cambridge, Mass.: Academic Press, 2017. P. 353–371.

Gibbons A. Y-Chromosome Evolving Rapidly. Science, News, 13.01.2010.

Hughes J. F., Skaletsky H., Pyntikova T., et al. Chimpanzee and Human Y Chromosomes Are Remarkably Divergent in Structure and Gene Content. Nature. 2010. 463(7280): 536–539.

Lahn B. T., Page D. C. Four Evolutionary Strata on the Human X–Chromosome. Science. 1999. 286(5441): 964–967.

Miko I. Sex Chromosomes and Sex Determination. Nature Education. 2008. 1(1): 108.

Samata M., Akhtar A. Dosage Compensation of the X–Chromosome: A Complex Epigenetic Assignment Involving Chromatin Regulators and Long Noncoding RNAs. Annual Review of Biochemistry. 2018. 87(1): 323–350.

Sykes B. Adam's Curse. A future without Men. New York: W. W. Norton & Company, 2004.

Люди постарше еще помнят песню «Стоят девчонки», которую в 1960–1970-х годах исполняла прекрасная певица Мария Пахоменко. Речь в ней шла о том, как на танцах бедным девушкам трудно найти кавалера: «Потому что на десять девчонок / По статистике девять ребят».

Однако описанная статистика верна и сейчас: в прошлом году в России на тысячу женщин приходилось 867 мужчин. Конечно, женщин может быть больше просто потому, что они дольше живут, притом что мальчиков рождается даже чуть больше, чем девочек. Но из этого можно понять, что природе не так уж легко обеспечить равное соотношение полов, даже если этого требует неумолимый принцип Фишера.

Напомним про этот принцип: Рональд Фишер первым сообразил, что в каждом поколении ровно половина генов получена от отцов, а другая половина – от матерей. Это значит, что если самцов в популяции меньше самок, то те, кто родит самцов, в следующем поколении получат генетический выигрыш. Этот баланс интересов и приводит к точному соотношению полов 1: 1. И именно такое соотношение обеспечено хромосомным механизмом определения пола XY (или ZW, если вы случайно птица). На протяжении нескольких глав мы копались в этом механизме и имели много возможностей восхититься его совершенством. Однако все это хорошо работает только в первом приближении, а в реальной жизни всегда возникают проблемы.

Вот, например, одна сложность. Мы говорим, что соотношение 1: 1 – продукт баланса интересов генов. Каких именно? Ответ: ансамблей генов, заключенных в хромосомах родителей. Именно добытое в борьбе равенство материнского и отцовского вкладов в следующее поколение требует, чтобы в репродуктивный период вступило равное число самцов и самок. При таком соотношении все эти ансамбли генов получат равные шансы независимо от того, попали ли они в самца или в самку. Однако некоторые участники ансамблей имеют и собственный интерес: если ген находится на половой хромосоме, ему равное соотношение полов, вообще говоря, ни к чему, потому что для половых хромосом никакого равного вклада нет – все Y происходят от отцов, а 2/3 X от матерей. А ведь именно гены этих хромосом как раз и заняты больше других определением пола. Так отчего бы им не взбунтоваться против остальных генов, которые лишь пользуются плодами их работы?

В самом простом варианте этот бунт выглядит довольно бессмысленно. Если вы, будучи геном, сидите на Y-хромосоме и решили обеспечить свое будущее, наделав побольше спермиев с Y-хромосомой, то, конечно, в первом поколении потомков-носителей ваших копий получится много. Но затем этим потомкам надо будет с кем-то скрещиваться, а такому количеству самцов нелегко будет найти себе партнеров. Разумеется, остальным генам организма такое придется не по душе, и уж они найдут способ с вами справиться (а если не найдут, популяция вскоре потеряет всех самок и вымрет). Таким образом, вы, как это порой бывает с оппозиционерами, либо отправитесь на свалку истории, либо будете жить в непрерывной борьбе с большинством, что глупо и обременительно.

Тем не менее этот глупый вариант действительно наблюдается в природе. Он получил название мейотический драйв. В частности, в 2007 году взбунтовавшийся ген – его назвали Dox, Distorter on the X – был обнаружен на Х-хромосоме одного из видов дрозофилы. Он не дает мухе производить спермии с Y-хромосомой, смещая равновесие в сторону самок. Дай ему волю, он сместил бы его окончательно и привел бедняжку муху к вымиранию, но, как и следовало ожидать, один из аутосомных генов (Nmy) противостал бунтовщику: он подавляет его активность, возвращая соотношение полов к норме.