Напіврозпад Адама
Серед сценаріїв кінця цивілізації є і її загибель з вини нещадних законів еволюції. Генетичний символ чоловічого початку, Y-хромосому, за сотні мільйонів років свого існування розгубила безліч генів і помітно зменшилася в розмірах. Ряд вчених б'є на сполох: якщо це продовжиться, то Y-хромосома зникне в найближчі мільйони, а то й тисячі років. Що нищить чоловічий початок у надрах нашого геному? І як це позначиться на долі чоловіків, а разом з тим і всього роду людського?
Коротше, чоловік
Запитання статі ніколи не бувають легкими, а відповіді на них - однозначними, але людям все одно пощастило сильніше багатьох інших тварин. Народившись хлопчиками або дівчатками, вони можуть бути впевнені, що ними ж і залишаться до кінця днів - не те що риби-клоуни (вони всі спочатку самці) або голубоголові губани, яким при втраті чоловіка стать доводиться міняти. Умови розвитку людських ембріонів можуть вплинути на багато чого, але не на підлогу - чого не скажеш про черепахи, крокодили та деяких інших.
Медицина дозволяє людям і скоригувати зовнішній вигляд геніталій, і досягти більш значних змін за рахунок гормональної терапії. Але головний тумблер, включення якого робить людину чоловіком, а її відсутність або мовчання - жінкою, при цьому нікуди не дівається (ну, або не з'являється).
Цей тумблер - ген на Y-хромосомі. Його повна назва Sex-determining Region Y (визначає стать ділянка Y-хромосоми, а кодований нею білок іменують testis-determining factor, тобто фактор розвитку насінників) недвозначно описує функцію. Саме «вирішує», чи стануть статеві залози людського ембріона насінниками, і гальмує їх розвиток по «дефолтному» жіночому шляху.
Навіть якщо переміститься з Y-хромосоми на якусь іншу, наприклад на X, його володар буде чоловічої статі, незалежно від наявності «ігрека». Інші гени Y-хромосоми теж майже всі відіграють роль у визначенні статі. Цим прагненням до єдиної мети вона відрізняється від багатьох інших хромосом - збірних солянок з генів з найрізноманітнішими функціями.
Прототип людської Y-хромосоми виник 180 мільйонів років тому у загального предка сумчастих коал і плацентарних з неполової хромосоми (аутосоми) і відтоді втратив безліч генів - зараз на ньому залишилося всього 50-70 ділянок ДНК, які кодують білки. Спочатку їх там було кілька сотень або навіть тисяч. Цікаво, що вкорачуються й інші Y-хромосоми - наприклад, мушині, які з'явилися незалежно від людської і приблизно на 120 мільйонів років пізніше.
Настільки помітне укорочення гаранта маскулінності не могло не стурбувати вчених. А що якщо втрата генів йде з постійною швидкістю? Коли при такому розкладі зникне Y-хромосома? Іменитий британський генетик Браян Сайкс у своїй книзі 2003 року «Адамове прокляття» стверджує, що всього через 125 000 років, тобто через 5 000 поколінь, чоловіки фактично втратять здатність до розмноження - і все через проблеми з Y-хромосомою. І разом з тим настане і кінець роду людського: раз одна підлога не може розмножуватися, то й інша без неї вимре. Ми ж не партеногенетичні ящірки даревскії, щоб розвиватися з неоплідних яйцеклітин без участі самців.
Ціна спеціалізації
Куди зникають гени з Y-хромосоми? І чому?
Проблема в походженні цієї ДНК. Y-хромосома, як і її «жіноча» сестра X, спочатку не була пов'язана з підлогою. Швидше за все, предки сумчастих і плацентарних, у яких ще не було статевих хромосом, ставали самцями або самками залежно від температури інкубації яєць. Але в якийсь момент на одній з аутосом сталася мутація, яка зробила один з генів - - визначником статі більш сильним, ніж вплив температури.
Відтоді прото-Y став статевою хромосомою. А оскільки в клітинах ссавців кожної хромосоми по парі, то її напарниця прото-X теж волею-неволею спеціалізувалася на визначенні статі. Далі обидві статеві хромосоми накопичували мутації, корисні або тільки для чоловіків, або тільки для жінок - кожна свої.
Йшов час, змінювалися покоління, X- і Y-хромосоми все сильніше відрізнялися один від одного. У якийсь момент це критично позначилося на їх відносинах, і ось вже більшу частину свого існування вони один з одним майже не «розмовляють». Коли клітина ділиться, її хромосоми утворюють зв'язки і обмінюються гомологічними (схожими за складом генів) ділянками - це називається рекомбінацією. У X- і Y-хромосоми таких ділянок залишилося всього дві, тому поділитися їм один з одним практично нічим. Перетягування гомологічних ділянок ДНК між двома хромосомами дозволяє оновити склад кожної з них. Коли зникає можливість це зробити, на нерекомбінуючих ділянках накопичуються мутації, ну а гени, які не дають переваги або навіть швидше шкодять, поступово зникають. Тому обидві статеві хромосоми у нас мельче аутосом, але Y - особливо.
Y-exit
Еволюція - це серйозно. Зрештою, саме завдяки їй ми стали досить розвиненим видом, щоб розібратися в механізмах еволюції. Так що ж, якісь закономірності пов'язування-незв'язування, обміну-необміну для хромосом поставлять під загрозу існування?
На щастя, далеко не кожен еволюціоніст вважає, що людській Y-хромосомі прийде кінець. Насправді, є два табори: ті, хто впевнений у зникненні генетичного початку мужності і ті, хто припускає, що воно нікуди не дінеться. Англомовні джерела називають їх часом leavers і remainers за аналогією з прихильниками і противниками Брекзіта.
У першої групи основні аргументи такі. По-перше, практично всі «інші» хромосоми - що незалежно виникла Y у рослин, що W-хромосома у птахів і деяких метеликів - з моменту їх виникнення зменшилися в розмірах. По-друге, відбору якихось генів в Y-хромосомі практично немає, так що в ній накопичується що ні попадя. По-третє, у деяких ссавців - сліпушонок і двох видів рюкійських мишей (і T; а у третього, вона збереглася, але злилася з аутосомою) - Y-хромосома вже зникла. У когось із них самці подібно самицям несуть у своїх клітинах по дві X-хромосоми, у когось - тільки одну (і мають генотип X0).
Вчені з другої групи нагадують, що якийсь відбір в Y-хромосомі все-таки йде. Він називається негативний (очищаючий) і дозволяє позбутися деяких невдалих варіантів генів.
Плюс до того, нехай у Y-хромосоми і є проблеми з рекомбінацією, вона навчилася їх обходити: обзавелася паліндромними повторами деяких ділянок ДНК. Вони, як і належить паліндромам, однаково читаються з обох кінців, тільки замість звичайних букв - нуклеотиди. Кожну таку ДНК «фразу» можна скласти навпіл, і тоді навпроти будь-якого «слова» в ній виявиться воно ж. Однакові «слова» зможуть обмінятися своїми фрагментами - тобто як-не-як рекомбінувати. Це і рятує їх від швидкого виродження.
Є припущення, що деякі гени на Y-хромосомі активно захищають її від зникнення: при утворенні статевих клітин в потрібний момент змінюють її просторову конфігурацію і тим самим допомагають безболісно пройти складний процес мейотичного поділу.
Взагалі, під час мейозу будь-які хромосоми повинні пройти через свого роду ритуал - певну послідовність стадій і вимог, в які входить «знайти собі пару, на якийсь час зв'язатися з нею і рекомбінувати». і ряд інших генів дозволяє ігреку цього уникнути - проскочити утворення повноцінної пари, лише невеликою своєю ділянкою зв'язавшись з іксом, і залишитися непоміченим для речовин, які перевіряють порядок виконання «мейотичного ритуалу».
Оскільки єдина хромосома, з якою Y хоч якось «спарюється», - це X, відповідні гени-мейотичні рятувальники ігрека можуть перейти хіба що на неї. Теоретично це цілком імовірний процес, особливо в тому випадку, якщо Y-хромосома постійно втрачає гени. Однак «переїзд» та інших за сотні мільйонів років існування Y-хромосоми ссавців не стався ні в кого крім декількох видів гризунів зі згаданих вище. Значить, їх щось тримає на ігреці. Ймовірно, переміщення не станеться і пізніше, і людська чоловіча хромосома підтримує власне існування за рахунок цих генів.
Нарешті, кажуть прихильники збереження Y-хромосоми, швидкість втрати генів цієї ДНК у представленні ряду вчених завищена. За ті шість мільйонів років, що пройшли з моменту поділу гілок людей і шимпанзе, наша Y-хромосома не втратила жодного гена (а у шимпанзе за цей час втратила шість!). Більш того, вона придбала щонайменше вісім нових генів, а деякі старі гени наплодили на хромосомі нових копій.
Є й інші рецепти чоловіків
Отже, виходить, що Y-хромосомі зовсім не обов'язково судилося зникнути. Але якщо це все-таки станеться, яка доля спіткає людей?
Почнемо з того, що частина сучасних чоловіків вже живе без цієї хромосоми. З віком клітини крові її втрачають. І хоча деколи це пов'язують з підвищенням ризику різних видів раку, в цілому деякі чоловіки цілком спокійно існують без «ігрека» в окремих місцях. Люди в цьому не самотні: щось подібне має місце і біля великого бандикута.
Навіть якщо (коли) від Y-хромосоми майже не залишиться генів, вона напевно все одно буде функціонувати. В «Автостопом по галактиці» Дугласа Адамса розумні миші пропонували витягти мозок у головного героя і замінити його простенькою схемою, яка дозволить піддослідному говорити пару-трійку фраз. Не так давно вже реальні люди зробили щось подібне з чоловічою статевою хромосомою мишей: інактивували всі її гени, крім і. Деякі тварини зберегли здатність утворювати сперматозоїди і давати потомство, хоча запліднення яйцеклітин їх спермою довелося проводити штучно.
Теоретично можливо, що при зникненні або інактивації одних генів їх роль візьмуть на себе інші. Або, наприклад, в одному з «підлеглих» може виникнути якась мутація, яка зробить його, а не, головним перемикачем статі. Щось подібне сталося з лісовими лемінгами: у них X панує над Y і у випадках, коли має ділянку певного складу (назвемо таку X-хромосому X *), пригнічує розвиток за чоловічим типом.
Крім того, генам пропажу спеціальної хромосоми, що «вмикають чоловіка», не обов'язково загрожує зникненням: вони можуть переїхати на інші хромосоми. Так вийшло у рюкійських мишей: фрагмент Y з генами і, визначальний підлогу, у них перемістився на X, а ось вони втратили.
Можливо, людська Y-хромосома і приречена, але вирахувати, коли вона загине, навряд чи вийде: вона втрачає гени з непостійною швидкістю, а крім того, часом набуває нових. Ділянки ДНК, потрібні для утворення різних чоловічих атрибутів, можуть змінити дислокацію - до речі, для цього не обов'язково втрачати Y-хромосому. Одні гени в змозі перехопити функції інших, а крім того, може виникнути і принципово новий механізм визначення статі - як вже не раз траплялося в біології. Так що якщо хромосомне «прокляття Адама» і справді існує, воно нас навряд чи погубить.