Женщины получили новые данные о грядущей утрате мужской хромосомы

Такой набор хромосом имеет женская клетка (справа). Слева показан систематизированный женский кариотип (хромосомы собраны по парам). Изображение получено методом спектрального кариотипирования (иллюстрация с сайта wikimedia.org).

Единственная хромосома, определяющая на данный момент истории развития животного мира существование мужского пола, может вскоре исчезнуть. Для науки это не секрет, ведь тенденция налицо: в мужской Y-хромосоме осталось менее 200 генов, в то время как женская X-хромосома обладает почти 1100. Но понять генетический механизм медленно текущего процесса американские биологи смогли только сейчас.

О том, что мужским особям грозит полное вымирание, генетики говорят уже давно. А нынешнее исследование учёных из университета Пенсильвании (Penn State) показало, что Y-хромосома, встречающаяся только у особей мужского пола, эволюционировала гораздо быстрее X-хромосомы, присутствующей у обоих полов.

Потеря генетических элементов Y-хромосомой происходила так быстро, что будь она столь же активна до сих пор, пропала бы мужская хромосома совсем.

У представителей инфракласса сумчатые, к которым относится и кенгуру, от 10 до 32 хромосом (фото Anton Nekrutenko, Penn State).

Напомним, пол человека и других млекопитающих определяется набором хромосом, унаследованных от родителей. В ядре эукариотической клетки человека 23 пары хромосом, из них одна относится к половым (унаследованное от родителей сочетание XX означает, что перед нами девочка, сочетание XY — мальчик).

У большинства млекопитающих расклад такой же, пока из общего списка выбился, пожалуй, только утконос со своими десятью половыми хромосомами (итого пять пар).

Узнать больше об определении полов и Y-хромосоме, как ни странно, решились лишь две... женщины (а ведь исследование-то масштабное). Профессор Катерина Макова (Kateryna Makova) и Мелисса Уилсон (Melissa Wilson), научный сотрудник Национального фонда науки США (National Science Foundation), видимо, пошли по стопам другой женщины-генетика, также предсказавшей когда-то исчезновение мужского начала.

«Существуют три большие отдельные группы млекопитающих: яйцекладущие, такие как утконос и ехидна, сумчатые, такие как кенгуру и опоссумы, и плацентарные. К последним относятся, к примеру, люди, собаки, мыши и жирафы», — рассказывает в пресс-релизе университета Макова.

X- и Y-хромосомы сумчатых и плацентарных появились в ходе эволюции из пары неполовых (аутосомных) хромосом.

У яйцекладущих, например у ехидны, X- и Y-хромосома до сих пор почти не отличаются по своему составу (фото Anton Nekrutenko, Penn State).

«У плацентарных млекопитающих половые хромосомы содержат особый дополнительный участок ДНК, который у остальных млекопитающих расположен на неполовых хромосомах», — добавляет Катерина.

Много миллионов лет назад куски генетического кода охотно перемещались между двумя этими участками. Однако между 80 и 130 миллионами лет назад процесс остановился. X- и Y-хромосома стали отдельными объектами: одна область кода стала полностью «женской», а вторая — «мужской». По некоторым данным, это позволило природе поддержать количество рождающихся самцов и самок в соотношении 1 : 1 (то есть примерно одинаковым).

Уже неоднократно доказывалось, что жизненно важные гены Y-хромосома способна защитить от любых посягательств. Здесь также показано положение SRY-гена (справа), который запускает процессы определения пола (иллюстрации с сайта wikimedia.org).

Учёные сравнили ДНК половых хромосом у плацентарных млекопитающих и генетический код неполовых хромосом утконоса и опоссума (благо геномы обоих животных недавно расшифровали: 1 и 2).

Это позволило специалистам вернуться назад во времени и представить, что же происходило, когда обмен ещё имел место (в неполовых хромосомах опоссумов и утконосов этот механизм встречается до сих пор).

Сравнивая между собой ДНК отдельных хранилищ генетической информации, исследователи получили данные по изменениям каждой из них.

Вообще-то процесс определения пола (начиная от эмбриона и заканчивая взрослой особью) – многостадийный. Это ещё раз доказывает исследование, в ходе которого мыши с женским набором хромосом выросли самцами по виду, репродуктивным органам и поведению (фото Nick Harmsen).

Как пишут биологи в своей статье в журнале PLoS Genetics, после полного разделения половых хромосом тот самый специфический участок ДНК X-хромосомы продолжил свои изменения в том же темпе, что и неполовые хромосомы, а вот особый участок ДНК Y-хромосомы «зашевелился» и начал быстро перестраиваться.

Дело в том, что, не имея возможности сопоставлять и обмениваться генами, хромосомы теряют способность «лечить» возникающие дефекты (пары-то больше нет). Потому «поломанные» мутациями гены постепенно разрушаются. Отделившись от X-хромосомы (у которой всегда будет идентичная соседка), «мужская» хромосома начала быстро выкидывать ненужные более составляющие.

(Отметим, что X-хромосоме плацентарных при разделении тоже пришлось несладко: природа по сути законсервировала её состав, чтобы не возникло ненужного числа копий генов. Именно по этой причине мутации и их закрепление у самок имеют место в основном в аутосомах.)

Вот такая забавная картинка украшает страницу сайта лаборатории Маковой, посвящённую исследованиям. Учёные показали, что частота мутаций (как положительных, так и отрицательных) у мужчин выше, чем у женщин, но снижается с возрастом (иллюстрация с сайта psu.edu).

Когда учёные поняли, что Y-хромосома эволюционирует и «укорачивается» быстрее, они решили выяснить, почему же она существует до сих пор.

«Мы думали, что в „мужской“ хромосоме присутствуют очень важные гены, например, те, что определяют появление спермы. Остальные несущественные для выживания составляющие выпадают. Поэтому мы и видим такую разницу в количестве генов некогда идентичных X- и Y-хромосомы», — рассказывает Уилсон.

И несмотря на то что выбрасывание наследственных составляющих продолжается, ещё присутствуют гены, которые сохранились в течение столь долгого времени. Они, скорее всего, важны для выживания организмов, потому-то и существует Y-хромосома по сей день.

Вроде бы всё просто и верно, но гипотезу необходимо было проверить. За что и взялись учёные. В этот раз они решили сравнить экспрессию и функции «парных» генов, расположенных на когда-то обменивающихся составляющими участках ДНК.

Y-хромосомы жирафов эволюционируют столь же быстро, как и человеческие (фото Anton Nekrutenko, Penn State).

Если бы гены «мужской» хромосомы были бы отличны от своих товарищей с «женской» (выполняли бы другую работу), тогда было бы ясно: не могут их заменить «женские» соратники, а значит, они пока ещё играют существенную роль.

«Эта гипотеза оказалась верной», — рассказывает Катерина.

Учёным удалось обнаружить на Y-хромосоме исключительные гены, однако остальные, по словам исследователей, либо уже «мертвы», либо в скором времени исчезнут. Это навело биологов на мысль, что «мужская» хромосома всё-таки самоуничтожится.

Катерина Макова родом из Украины, в 1995 году она закончила Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко (фото Penn State).

«Такой шанс остаётся. Это, конечно, не значит, что все мужчины и мужские особи животных исчезнут с лица Земли. Куда более вероятно, что ещё одна пара неполовых хромосом пойдёт в дело. В результате образуется новый вид половых хромосом», — поясняет Макова.

Чтобы понять, когда же произойдёт исчезновение Y-хромосомы, учёным необходимо провести дополнительные эксперименты. Полученные данные они используют для построения компьютерной модели. Она и покажет, сколько ещё времени в запасе: миллионы лет или же только тысячелетия.



Минога по мере роста избавляется от части своего генома

26 июня 2009

Колюшка преподнесла биологам сюрприз

5 июня 2009

Мыши обрели человеческие голос и грудное молоко

4 июня 2009

Генетики обучили счёту живые клетки

3 июня 2009

Трансгенные обезьяны дали первое потомство

29 мая 2009
  • Виталий Матиив  5 мая, 20:03
    Чушь полная. Внимательнее нужно читать работы Дэвида Пейджа. За 6 мл. лет. Y-хромосома человека не потеряла ни единого гена. Так что о  линейности здесь речи и быть не может. Более того, Y хромосома не особенно нуждается в паре, т.к. имеет палиндромную структуру — чинит отдельные мутации копией фрагмента в самой себе.
    ОтветитьНравится
  • По всему видно вымирание мужского пола. Всё меньше высоких, с широкой костью, волосатых, с голосом в басовом регистре самцов. Мужиков меняют женоподобные мальчики, нежные, безволосые, с голосом далёким уже от баса. И без учёных понятно, куда всё идёт.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  5 мая, 20:47
    На самом деле еще необходимо доказать, что перечисленные вами признаки определяются генами Y хромосомы. Причина так же может крыться в образе жизни, в т.ч. родителей, предпочитаемых продуктов и их влияния на экспрессию тех или иных генов.
    ОтветитьНравится
  • Виталий Матиив  5 мая, 21:53
    Это точно. То что Юрий перечислил — не зашито в Y-хромосоме. Хотя производство тестостерона зависит от Y. В тоже время, уровень тастестерона в общем-то не так сильно влияет на кость, басистость и прочее. Дофига инфантильных личностей, в которых концентрация этого гормона далеко за 30 шкалит, а с виду дрищи и неболее. И наооборот и волосатых и мускулистых тостестерон около 15 ед.
    ОтветитьНравится
  • Виталий Матиив  5 мая, 21:54
    Y — хромосома ответственна только за развитие половой системы и некоторых особенностей мозга. Басистость, волосатость и прочее — фенотип, определяемый не столько Y-хромосомой.
    ОтветитьНравится
  • Марина Яценко  20 января, 14:37
    Скромное женское мнение... :) Такие «самцы», из достоинств которых только волосатость и бас, нормальной женщине не очень то и нужны. Умом они не блещут, внимательностью к партнерше тоже, я уж не говорю про детей... Воплощение эгоизма и тупого самолюбования — мачо. Так ли уж стоит жалеть про то, что такие типы постепенно исчезают? :) И, как правильно заметили, хромосома тут не при чем. Не волнуйтесь, мужчины, вы пока не исчезните. Вы нам еще нужны...
    ОтветитьНравится
  • Алёна Кажамяка  20 января, 14:57
    насчут нужности — не факт в ближайшем будущем. Если отпадет потребность в сперматозоидах(каким-либо путем) то мужчины станут совершенно не нужны...
    ОтветитьНравится
  • Александр Иерархов  20 января, 15:08
    А если наладить конвейерное производство сапиенсов то не нужны станут бабы... :)))
    ОтветитьНравится
  • Александр Иерархов  20 января, 15:09
    Марина Яценко 20 января, 14:37
    Такие «самцы», из достоинств которых только волосатость и бас, нормальной женщине не очень то и нужны.
    ----------------------------------------------------

    А какие нужны? С баблом?

    ОтветитьНравится