Рафаил Нудельман
Y-хромосома: жизнь и судьба

Y-хромосома: жизнь и судьбаВ последнее время общественность обеспокоена. „Мужчины вымирают“, „Новый слабый пол“ — читаем мы газетные заголовки. В семенной жидкости мужчин содержится всё меньше сперматозоидов; лекарства и пищевые добавки, улучшающие эрекцию, смотрят на нас из всех аптечных витрин. Даже сама хромосомная основа „мужественности“ — мужская половая хромосома Y — и та под угрозой.

Сегодня она — самая маленькая по размеру из всех хромосом. Y-хромосома даже не может спариваться со своей „коллегой“ — женской хромосомой X. Другие хромосомы обмениваются при спаривании участками — рекомбинируют — но только не Y. Генов на это хромосоме чрезвычайно мало — около 90, в двенадцать с лишним раз меньше, чем на Х-хромосоме. Но это у человека. А вот у кенгуру, эволюционная линия которых отделилась от остальных млекопитающих примерно 130 миллионов лет назад, Y-хромосома имеет вообще крошечные размеры. Заметим, однако, что „ключевой“ мужской участок SRY у кенгуру почти идентичен этому гену у человека! Всё прочее, что существовало на кенгуриной Y-хромосоме кроме этого участка, давно уже отмерло и отвалилось. Вот цена, которую мужская половая хромосома платит за отказ от рекомбинации, за сохранение мужских генов.

Учёные полагают, что когда-то, до появления в природе „мужчин“, то есть до появления двух различных полов, нынешняя Y-хромосома была во всём подобна нынешней Х-хромосоме (потому что обе они, скорее всего, произошли из одной и той же пары обычных аутосом, как называются все хромосомы, кроме половых). Затем на одном конце, почти на самом кончике тогдашней Y-хромосомы, образовался „мужской ключевой участок“ SRY; спустя ещё какое-то время к нему присоединились (путём случайного копирования или других генетических процессов) другие „мужские“ гены. И так это „мужание“ Y-хромосомы стало постепенно продвигаться к другому её концу, хотя ещё и сегодня не достигло его окончательно: многие гены на обоих концах Y-хромосомы и сегодня похожи на соответствующие гены Х-хромосомы. Всего таких сходных генов выявлено лишь 56. Это означает, что у Х-хромосомы сегодня имеется свыше 1000 непарных генов. А между тем во всякой паре обычных, не половых хромосом (или аутосом) все гены обоих партнёров попарно одинаковы.

Как же образовалось такое огромное различие между Х- и Y-хромосомами? Прежде всего за счёт постепенного отмирания, исчезновения с Y-хромосомы многих „омертвевших“ участков. Именно поэтому Y-хромосома сейчас такая короткая, в шесть раз меньше хромосомы X. Этот жуткий процесс деградации Y-хромосомы начался с появления самого первого „мужского“ участка — SRY, а он, как показывают данные палеонтологии, возник задолго до появления на Земле динозавров — около 300 миллионов лет тому назад. Это позволяет грубо подсчитать, с какой скоростью Y-хромосома теряла свои гены. Поскольку на Х-хромосоме имеется сегодня около 1100 генов, а она свои гены не теряла, то и на исходной Х-хромосоме их было столько же. А поскольку исходная Y-хромосома в силу общего происхождения была подобна хромосоме X, на ней тоже поначалу было около 1100 генов. Прошло 300 миллионов лет, и этих генов осталось около 90. Стало быть, за 300 миллионов лет исчезли около 1000 генов, в среднем по 3,5 гена каждый миллион лет. А поскольку процесс такой деградации продолжается и сегодня, то напрашивается неприятный вывод: все оставшиеся 90 генов нынешней Y-хромосомы человека должны исчезнуть, и это произойдёт примерно через 25 миллионов лет! Конечно, 25 миллионов лет — срок огромный, современным мужчинам беспокоиться нечего, но некий „академический“ интерес эта цифра неизбежно вызывает: а что же произойдёт, когда Y-хромосома вообще исчезнет? Что, мужчины (а с ними и половое размножение) вообще сойдут со сцены?

Тема предстоящего неизбежного исчезновения Y-хромосом с удовольствием обсасывается во многих научно-популярных статьях, но естественный вопрос: а что же дальше? — практически никогда при этом не ставится. Между тем наука сегодня уже знает ответ на этот вопрос, и ответ этот в своём роде даже интересней самого вопроса. Оказывается, необыкновенные приключения Y-хромосомы продолжаются и после её исчезновения. Учёные выяснили это совсем недавно, исследуя Y-хромосому плодовых мушек-дрозофил, половые различия которых, как и у человека, определяются парами Х–Х и X–Y Эти выдающиеся исследования, проведённые американскими учёными Карвальо и Кларком („Science“ т.307, № 1, 2005), выявили поразительный факт: нынешняя Y-хромосома одного из видов дрозофил (дрозофила Псевдообскура) — это „самозванец“, не имеющий никакого родственного отношения к древней, „истинной“ Y-хромосоме этих мушек! Используя результаты недавней полной расшифровки генома дрозофил, американские исследователи проследили, куда же девались „мужские гены“ древней Y-хромосомы у этого вида (какие это гены, они знали по геномным данным для других видов дрозофил), и нашли их в полной сохранности на обычных хромосомах других пар (так называемых аутосомах). Откуда же взялась у Псевдообскур их нынешняя Y-хромосома? Геномное расследование показало, что это просто обычная аутосома, которая когда-то, после полной деградации и исчезновения древнего „Игрека“, присоседилась к оставшейся в одиночестве Х-хромосоме и стала её партнёром по паре.

Это показывает, что Y-хромосома может жить и после своей смерти. Она воскресает в новом обличье — псевдо-Y-хромосомы. Что же до мужских половых генов, то природа изобрела другие пути их сохранения: она позволила им в случае смертельной угрозы „переселяться“ (копироваться) на обычные хромосомы. Этот факт был известен уже ранее. Как обнаружилось в генетических исследованиях, существуют мужчины, у которых набор половых хромосом, вопреки канонической догме, не X–Y, а Х–Х. Но при этом на кончике одной такой X-хромосомы (той, что пришла от отца) сидит участок SRY. Удалось выяснить, откуда он там взялся. Оказывается, в ходе образования сперматозоида этот участок случайно отломился от своей Y-хромосомы и уселся на (отцовскую же) Х-хромосому, вместе с которой вошёл потом, при оплодотворении, в яйцеклетку. А еще позже, уже в эмбрионе, этот участок включился в работу и сделал эмбрион мужским — только с двумя Х-хромосомами.

Так что одна из возможностей, которая откроется перед мужчинами после окончательной деградации человеческой Y-хромосомы,  — это переход участка SRY на соседнюю Х-хромосому или на аутосому какой-то другой, не половой пары. А может, даже образование какого-то нового „мужского“ участка, играющего роль бывшего SRY. Мало кто знает, но это уже произошло у двух видов млекопитающих — у покрытых иглами японских крыс и у „кротовых“ мышей из семейства Иллобиус, живущих в степях на гигантской территории — от Украины до Монголии и от Анатолии до Ирана. Но в случае дрозофил, как показали исследования Карвальо и Кларка, приключения Y-хромосомы выглядели ещё сложнее и запутанней.

Оказывается, считают учёные, было не две Y-хромосомы — „древняя“, общая всем видам дрозофил, и нынешняя, а целых три: Y-хромосома „исходная“, Y-хромосома „древняя“ и Y-хромосома нынешняя. Дело, очевидно, происходило так. Именно „исходная“ Y-хромосома была общей у всех видов дрозофил. Но со временем она полностью деградировала, и тогда её место заняла некая „сверхштатная“ хромосома (она называется В-хромосомой), которая часто обнаруживается в качестве паразита в геномах растений и насекомых, а также некоторых млекопитающих. Эта В-хромосома представляет собой некую загадку: учёные предполагают, что она образуется из случайно соединившихся вместе обломков ДНК, плавающих в ядре клетки. В-хромосома не способна спариваться с обычными аутосомами и обычно ведёт одиночное существование, при делении переходя от материнской клетки к одному из её потомков. Но у неё есть странное сродство с Х-хромосомой, и как только эта половая хромосома после полной деградации „исходного“ Y-партнёра оказалась в одиночестве (авторы полагают, что это случилось 63 миллиона лет назад, когда образовались все основные виды современных дрозофил), В-хромосома, видимо, предложила ей себя в качестве пары. Её-то раньше и считали „древней“ Y-хромосомой всех дрозофил. На самом деле, как видим, она у них вторая по счёту. Конечно, В- и Х-хромосомы не содержали одинаковых генов (как уже сказано, В-хромосома — просто сборная „солянка“ случайных генов и негенных участков ДНК), но партнёрство было выгодно им обеим, так как в процессе деления клетки на две половых они могли теперь выступать как нормальная пара, вроде X и Y. Поэтому многие гены других хромосом, имеющие какое-либо отношение к „мужскому полу“, начали постепенно „переселяться“ или „копироваться“ на В-хромосому, и она претерпела процесс превращения в псевдо-Y-хромосому, каковую роль и играет сегодня. Как уже сказано, Карвальо и Кларк полагают, что этот процесс замены Y на В произошёл у дрозофил примерно 63 миллиона лет назад, потому что у всех их видов роль Y-хросомомы играет именно эта псевдополовая В-„самозванка“.

Вот она, дрозофила. История «трёх воплощений» её Х-хромосомы позволяет мужчинам с оптимизмом смотреть в будущее
Вот она, дрозофила. История „трёх воплощений“ её X-хромосомы позволяет мужчинам с оптимизмом смотреть в будущее
У всех — кроме вида Псевдообскур. У этой разновидности дрозофил (и у их ближайших сородичей) нынешняя Y-хромосома (вернее, то, что сейчас играет её роль) совершенно не похожа на „древнюю“ (то есть нынешнюю у всех остальных видов). У Псевдообскур их нынешний Игрек — уже третье „воплощение“ Y-хромосомы, который возник, надо думать, всего 18 миллионов лет назад, когда Псевдообскура впервые отделилась от общей дрозофильной семьи. Конкретно она отделилась от вида Меланогастер, причём главным в её обособлении было то, что у неё появилась необычно большая по размеру Х-хромосома. А появилась она таким путём, что прежняя Х-хромосома Меланогастера соединилась с куском её же аутосомы 3L, что, естественно, увеличило размеры Икса. Карвальо и Кларк предполагают, что при этом второй кусок этой аутосомы 3L (они обозначают его Y2) остался непарным, и когда „древняя“ Y-хромосома нового вида (авторы для ясности называют её Y1) деградировала, этот Y2 стал играть её роль, причём к настоящему времени он тоже уже далеко продвинулся по пути деградации. Эту гипотезу удалось доказать, когда учёные обнаружили, что 15 генов этой „нео-Y“-хромосомы (то есть Y2) попарно сходны с генами аутосомы 3L у Меланогастера. Более того, они обнаружили и следы бывшей Y-хромосомы (той, которую обозначили Y1) — её ключевой участок (тот, который производит яички у эмбриона) оказался переселившимся на пару обычных хромосом (аутосом). И что самое фантастическое: мало того, что теперь этот „мужской участок“ имелся в двух копиях (по одной на каждой аутосоме), как все обычные гены, так он ещё восстановил те свои размеры, которые имел десятки миллионов лет назад, до деградации. Иными словами, произошло что-то вроде „восстановительной переработки“.

Распутывание всей этой сложной истории половых хромосом дрозофилы явно стоило затраченных усилий — оно открыло перед исследователями (а теперь и перед нами) те возможности „послежизни“, которые существуют у Y-хромосом. За последние 100 миллионов лет простенькие дрозофилы, сохраняя одну и ту же Х-хромосому, „изобрели“ три различных типа Y-хромосом — „исходные“, „древние“ и „нео“. Некоторые новейшие данные указывают, что на такие же трансформации способны и половые хромосомы многих птиц и других позвоночных. Создаётся впечатление, что в действительности Y-хромосома бессмертна — она может создаваться и деградировать, возрождаться и перерабатываться, умирать и воскресать в новом обличье. Воистину впору воскликнуть, как в старину над остывающим королевским трупом: „Игрек-хромосома умерла! Да здравствует игрек-хромосома!“

Знание-сила

Статьи близкой тематики:
Расшифровка X-хромосомы.  Рафаил Нудельман.
Загадочная связь.  Рафаил Нудельман.
Молекулярный механизм эволюции.  Рафаил Нудельман.
Пух и кролик: два взгляда на изменчивость и эволюцию биологических форм.  Владимир Черданцев.
Для чего нужно половое размножение.  В. В. Вельков.
Стресс — ускоритель эволюции.  В. В. Вельков.
Гомо сапиенс и геном.  Игорь Лалаянц.
Гены и история.  Игорь Лалаянц.


AthleticMed магазин спортивной медицины по низким ценам!
2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования