Y-хромосома в людях медленно исчезает. Что это значит для будущего мужчин?
Пол человека и других млекопитающих, как все мы знаем из школы, определяется геном, содержащимся в Y-хромосоме. Наличие этой хромосомы (и располагающегося в ней гена SRY) делает эмбрион мужчиной, и запускает развитие в нём всех необходимых мужских «аксессуаров». Если же Y-хромосомы нет, то есть человек обладает генотипом XX, то он биологически женщина.
Проблема в том, что человеческая Y-хромосома вырождается и, скорее всего, исчезнет через несколько миллионов лет. Это или приведет к нашему вымиранию (если мы не разовьем новый половой ген), или заставит, скажем так, очень сильно понервничать любителей традиционных ценностей.
Хорошая новость заключается в том, что две ветви грызунов, не так далеко отстоящих от нас, уже потеряли свою Y-хромосому. И вполне благополучно дожили до того, чтобы рассказать нам об этом. Поэтому, возможно, мы сумеем взять пример с них.
Об этом, в частности, рассказывает новая статья в журнале Proceedings of the National Academy of Science, предлагая нам взять пример у щетинистой крысы, которая определяет самцов совершенно по другим критериям.
Как Y-хромосома определяет пол человека
У людей, как и у других млекопитающих, особи женского пола имеют две среднего размера хромосомы под названием Х, а самцы — одну обычную Х-хромосому и одну крошечную хромосому под названием Y. Названия здесь не имеют ничего общего с их формой или содержанием; «X» значит просто «неизвестный», потому что изначально, в 1890-е, смысл этой хромосомы был для ученых загадкой.
X содержит около 900 генов, которые выполняют всевозможные важные функции, не связанные с полом. В отличие от этого, Y содержит всего несколько генов (около 55) и в остальном состоит из некодирующей ДНК — простой повторяющейся ДНК, которая, как мы думаем, ничего толком не делает (её так и называют — «мусорной ДНК»). Из этих 55 генов только 27 вроде бы отвечают за «мужское начало» в человеке. Всё остальное далеко не так критично и влияет, скажем, на цвет глаз, рост, структуру зубов, пухлость губ и форму носа ребенка.
Но маленькая Y-хромосома для людей всё-таки очень важна, потому что она содержит главный ген, запускающий развитие мужского пола в эмбрионе. Примерно через 12 недель после зачатия этот основной ген включает другие, которые регулируют развитие яичек. А потом уже яички в эмбрионе начинают вырабатывать мужские гормоны (тестостерон и его производные), что обеспечивает развитие ребенка как мальчика.
Этот основной «мужской» ген был идентифицирован как SRY (Sex-determining Region Y) молодым австралийским аспирантом в 1990 году. Он работает, запуская генетическую каскадную реакцию, начиная с включения гена SOX9, который является ключевым для определения мужского пола у всех позвоночных, хоть сам он и не находится на половых хромосомах.
Исчезающий Y
Большинство млекопитающих имеют X- и Y-хромосомы, похожие на наши. X с большим числом генов и Y с маленьким, среди которых SRY и несколько других. Такое обустройство — надо сказать, довольно необычное. И в принципе вызывает ряд проблем из-за неодинакового количества генов в хромосомах у мужчин и у женщин.
Как возникла такая странная, несимметричная система? Видимо, как и всё остальное, в процессе эволюции. Ненужные и просто «лишние» гены постепенно отсекались, так что в результате переносить в яйцеклетку начинали только самое-самое важное. Одним из доказательств этого для нас стало то, что у австралийского утконоса (напоминаю, это млекопитающее, просто «отпочковавшееся» от нашей ветви давным-давно, 166 млн лет назад) совершенно другие половые хромосомы — больше похожие на таковые у птиц.
Пара XY у утконоса полностью равноправна. Размеры Х и Y не отличаются; и мама, и папа передают ребенку одинаковое количество генов. Это говорит нам о том, что в принципе в млекопитающих такое большое различие между X и Y возникло не так давно.
В свою очередь, это должно означать, что наша Y-хромосома потеряла 900 — 55=~845 активных генов за 166 миллионов лет, в течение которых люди и утконосы развивались в разных направлениях. Выходит, что мы теряли примерно по пять генов за миллион лет. При таких темпах последние 55 генов исчезнут через 11 миллионов лет (и есть ученые, которые об этом реально волнуются).
В общем, в научном сообществе сейчас в целом считается, что у людей «мужская» Y-хромосома утратила почти 90% своих изначальных генов. Этот процесс активно продолжается, риск мутирования у неё в пять раз выше, чем у других участков нашей ДНК. И вполне возможно, что Y-хромосома у людей исчезнет в ходе дальнейших эволюционных изменений.
Хотя, конечно, на эту тему сегодня ведутся ожесточенные дебаты, и существуют разные мнения об ожидаемом сроке жизни нашей Y-хромосомы. Дают оценки от бесконечности (что маловероятно) до всего нескольких тысяч лет.
Но сильно переживать не стоит: человечество попросту найдет другой способ определять, кто женщина, а кто мужчина. У нас есть тому пример. На Земле существуют млекопитающие, у которых Y-хромосомы попросту нет, хотя оба пола присутствуют. Возможно, они показывают нам, куда в конце концов мы придем.
Грызуны без Y-хромосомы
Закавказская слепушонка чувствует себя более развитой, чем ты
Хорошая новость заключается в том, что мы знаем как минимум о трёх линиях грызунов, которые уже потеряли свою Y-хромосому и все ещё вполне успешно существуют и размножаются.
Как мы сейчас предполагаем, в терминальных стадиях дегенерации Y-хромосомы другие хромосомы все чаще используют гены и функции, которые до этого были с ней связаны. В итоге Y-хромосома полностью исчезает и у организмов возникает новая система определения пола. Сейчас мы знаем несколько видов грызунов, которые достигли этой стадии:
- Закавказская слепушонка полностью потеряла Y-хромосому. Все особи обладают генотипом XX. При этом самцы в этом роде грызунов присутствуют, хотя внешне они и почти неотличимы от самок.
- У рюкийской мышиоба пола имеет генотип XO (у людей такое тоже бывает, с частотой 1:1500. При таком наборе половых хромосом возникает крайне неприятный синдром Шерешевского — Тёрнера).
- Лесные и арктические лемминги и несколько видов в роде южноамериканских полевых хомячков характеризуются наличием фертильныхсамок, которые обладают генотипом XY, в дополнение к обычным самкам XX.
И слепушонки Закавказья, и щетинистые крысы Японии, и североамериканскпе полевки могут похвастаться тем, что у части видов Y-хромосома и ген SRY полностью исчезли. У них есть только Х-хромосома — или в единичной (XO), или в двойной дозе (XX) у обоих полов. Некоторые из грызунов перенесли гены, обычно присутствующие на Y-хромосоме, на Х-хромосому, у других часть генов вообще отсутствует. Для нас всё это выглядит довольно загадочно.
До последнего времени было неясно, как в этих животных вообще определяется пол — если в них не работает ген SRY. Но команде биологов из Университета Хоккайдо под руководством Асато Кураивы удалось выяснить это благодаря экспериментам с японскими щетинистыми крысами — группой из трех видов грызунов, живущих на разных маленьких островах и находящихся под угрозой исчезновения.
У японских крыс, возможно, есть чему поучиться
Команда Кураивы обнаружила, что большинство генов с Y-хромосомы у этих крыс были перемещены в другие хромосомы. Но не было ни признаков SRY, ни гена, который бы его заменял. Вместо этого команда обнаружила последовательности, которые были в геномах самцов, но не были в геномах самок. Разница была совсем крошечной (только 17 000 последовательных пар из 3 миллиардов). Но она присутствовала у всех самцов и ни у одной самки.
Ученые предпоалагают, что в этом фрагменте дуплицированной ДНК содержится переключатель, который включает выработку SOX9 вместо SRY. «Самцовость» включается одной небольшой последовательностью, и никакая отдельная хромосома, хранящая огромный объем лишних данных, для этого не нужна.
Выводы японских ученых можно почитать в журнале PNAS. Но смысл понятен: то, что Y-хромосома у людей постепенно «хиреет» — вполне логичный процесс. И жить без неё, оказывается, можно вполне легко.
Что это значит в перспективе
Неизбежное — с точки зрения эволюции — исчезновение Y-хромосомы в человеке заставляет задуматься о нашем будущем. В ходе исследований учёные пришли к выводу, что теоретически люди смогут размножаться и без Y-хромосомы. (правда, придется заметно подкорректировать наши учебники по биологии)
Некоторые ящерицы и змеи являются только самками и могут производить яйца из собственных генов посредством так называемого партеногенеза. Но, к сожалению, этого не может произойти с людьми или другими млекопитающими, потому что у нас есть по крайней мере 30 важных «импринтированных» генов, которые работают только в том случае, если они получены от отца через сперму.
Чтобы размножаться, нам нужны сперматозоиды и мужчины, а это означает, что путь японских крыс, рюкийских мышей, арктических леммингов и слепушонок — более логичен. Скорее всего, если мы доживём, люди просто разовьют новый ген, определяющий пол. И будем прекрасно обходиться с одной X-хромосомой.
Самое интересное здесь — то, что эволюция нового гена, определяющего пол, потенциально может произойти по-разному в разных частях мира. Скажем, в Японии будет одна система, а в джунглях Амазонки — другая. И тогда эти люди будут, в теории, считаться разными видами. Собственно, это и произошло со слепушонками и щетинистыми крысами: часть видов там имеют ген SRY и самцов с XY, а часть — нет.
Таким образом, если кто-то посетит Землю через 11 миллионов лет, он может не найти людей. Или, точнее, он увидит несколько разных человеческих видов, разделенных их системами определения пола.
Может быть, «Машина времени» Герберта Уэллса была не настолько фантастикой, как можно было подумать.
…Хотя, конечно, волноваться пока рано. 11 миллионов лет для нашей расы — очень большой срок. Мы, собственно, стали людьми меньше 100 000 лет назад. И можно представить себе несколько способов, которыми мы можем вымереть задолго до того, как у нас окончательно атрофируется Y-хромосома.
