• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.04.2017
Сибирское отделение РАН
1 249

Мальчик или девочка? Хромосомы подскажут

С точки зрения эволюции половых хромосом, змеи — создания скучные. Сформировали себе систему ZW и ползают по ней веками. Их не сильно отдаленные родственники — ящерицы — подошли к вопросу определения пола более творчески. Исследователи Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН изучают то, как формируется пол.

Каролинский анолис
Каролинский анолис / ©ianimal.ru

Кстати, некоторые ящерицы и вовсе обходятся без мужского пола — они переходят на так называемое партеногенетическое размножение, его еще называют «девственным». Самцов в популяции либо нет, либо отсутствует их вклад в половой процесс. При этом большие группы «амазонок» способны захватывать и осваивать весьма обширные территории.

Определение пола (у разных видов это могут быть хромосомы X, Y, Z, W) – биологический процесс, в ходе которого развиваются половые характеристики организма. 

Владимир Трифонов
Владимир Трифонов / Юлия Позднякова

«Это ставит перед нами интересные биологические вопросы, связанные с тем, зачем нужна так называемая “двойная цена” за мужской пол (понятие “двойная плата за самцов” подразумевает то, что, с биологической точки зрения, половое размножение в два раза менее эффективно, чем бесполое; в первом случае потомство самок наполовину состоит из самцов, которые сами по себе размножаться не могут, во втором — популяция включает в себя только самок, каждая из которых способна дать детенышей. — Прим. авт.), если, например, успешные  пенангские чешуепалые гекконы, как и ряд других видов, обходятся без него», — говорит заведующий лабораторией сравнительной геномики ИМКБ СО РАН, кандидат биологических наук Владимир Трифонов.

У каролинского анолиса, который стал объектом исследования сибирских генетиков, в отношении пола все традиционно. Однажды эта ящерица — небольшая, меняющая свою окраску под настроение и обладающая острыми коготками — проснулась знаменитой: ее геном был секвенирован и сопоставлен с геномами птиц и млекопитающих.

«Мы тоже работали с этим видом и когда-то давно отсортировали хромосомы, получили библиотеки ДНК отдельных хромосом и все пытались понять, где же половые, — комментирует Владимир Трифонов. — Дело в том, что последние у ящериц меняются достаточно быстро. Например, у гекконов система половых хромосом похожа на ту, что у птиц (ZZ, ZW, где ZZ — гомозиготные организмы, носители двух одинаковых генов, определяющих признак, самки, а ZW — гетерозиготные самцы. — Прим. авт). У игуаноподобных ящериц система XX, XY сходна с теми, что есть у плацентарных млекопитающих и человека.  Очевидно, что у разных групп ящериц совершенно разные хромосомы берут на себя функцию половых и начинают определять пол и решать, самцом или самкой будет потомство». 

После основополагающей статьи в Nature по секвенированию генома каролинского анолиса стало известно, что у него система определения пола — XY, но не было ясности, какие именно хромосомы ответственны за механизм. «Единственное, что мы понимали: это микрохросомомы, потому что крупные были одинаковые и у самцов, и у самок», — говорит Владимир Трифонов. Микрохромосомы — мелкие хромосомы, существенно уступающие по размеру макрохромосомам.

Надо отметить, что у млекопитающих такого понятия как микрохромосомы вообще нет: все носители генетической информации у нас и наших собратьев по классу достаточно крупные и хорошо различимые под микроскопом. Однако, скорее всего, у предков позвоночных был геном, состоящий из макро- и микрохромосом, очень маленьких элементов. Такой  тип сохранился у большинства птиц, черепах, многих  видов ящериц, а также у разных таксонов рыб, включая акул.

«Микрохромосомы очень сложно изучать: описать, посчитать, упорядочить, — объясняет Владимир Трифонов. — Раньше можно было увидеть в микроскоп лишь некую точку среди пятидесяти таких же. Сейчас же к нам на помощь пришли биоинформатика и секвенирование нового поколения — и мы способны понять генный состав: набор всех генов, у которых прописаны свои функции. Как и большая часть хромосом в целом, микрохромосомы отвечают за многое — в них присутствуют и “гены домашнего хозяйства”, и “гены роскоши”, и т. д.». 

Генами домашнего хозяйства называют те участки ДНК, которые работают во всех клетках и тканях. Гены роскоши — те, что ответственны за специализацию клеток. Другими словами, есть набор, позволяющий клетке выжить, а есть  набор, обуславливающий то, что она делает для организма. 

Чтобы разгадать загадку половых микрохромосом каролинского анолиса, исследователи ИМКБ СО РАН изучили другой вид анолисов, у которого половые хромосомы по какой-то причине стали крупными и хорошо различимыми — серого анолиса. «Мы исследовали строение как Х, так и Y хромосом этих двух объектов и сравнили их, — говорит Владимир Трифонов. — Обнаружилось, что и та и другая хромосомы гомологичны (подобны, — NS) у обоих видов, и, как было потом показано, у остальных видов Anolis они очень похожи. Однако еще один результат оказался неожиданным. Выяснилось, что в ходе эволюции серого анолиса происходило что-то невероятное, у него некоторые микрохромосомы вдруг  непонятно почему начали сливаться с половыми».

Дело в том, что как раз с половыми хромосомами вообще редко что-то происходит — меняются стратегии размножения, идут мимо века и эпохи, гремят сексуальные революции, но наши носители генетической информации о том, кто должен родиться: мальчик или девочка, консервативны и незыблемы. «Если мы сравним человека и шимпанзе, то Х хромосома у них внешне совершенно не отличается, все перестройки происходят с аутосомами (парные хромосомы, не относящиеся к половым и одинаковые как у самцов, так и у самок, — NS). И это с большинством млекопитающих, на кого мы не посмотрим, — говорит Владимир Трифонов. — В случае же с серым анолисом мы видим совершенно другую стратегию — по какой-то причине Х и Y хромосомы становятся участниками хромосомных перестроек, и объяснить данное явление мы пока еще никак не можем. Это очень необычная эволюционная судьба». 

Половые хромосомы анолисов

Половые хромосомы анолисов

Итак, серый анолис демонстрирует: его микрохромосомы присоединяются к таким же маленьким половым и образуют одну большую группу сцепления. Кусочки новых перенесенных фрагментов сохраняются на Х хромосоме, а на Y начинают дегенерировать, и теперь у мужского пола будет не два варианта генов, чтобы выбрать, какой из них лучше, а только один — как, собственно, это и происходит у млекопитающих. 

«Мы опубликовали статью по этому исследованию в журнале Chromosoma, а дальше планируем расширять спектр ящериц, сейчас у нас в работе новые виды анолисов, ведется анализ отсеквенированного материала, — рассказывает Владимир Трифонов. — Особенно интересна дегенерация генов на Y хромосоме — теперь по эволюционной траектории они должны со временем вырождаться и превращаться в мелкую хромосому, богатую повторенными элементами. То есть останутся те гены, которые будут отвечать за определение пола, а все остальное можно спокойно выбрасывать, это не повлияет на жизнеспособность». 

Впрочем, как сказано еще в одной статье исследователей ИМКБ СО РАН, нечто странное происходит с половыми хромосомами и у некоторых других видов — это в первую очередь грызуны. Их стабильная, сложившаяся за много миллионов лет система начинает разрушаться: SRY-ген (он определяет мужской пол;  даже если у особи есть Y хромосома, но этот ген инактивирован, организм начнет развиваться по женскому типу) не работает. Однако в популяции присутствуют и самки, и самцы, что означает: возникли какие-то другие гены, пришедшие на помощь и взявшие на себя необходимые функции.

Таким образом, механизмы определения пола многообразны и удивительны. В некоторых случаях они эволюционируют: одни перестают работать, и эту функцию на себя берут другие. Какие — как раз и выясняют биологи.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирское отделение Российской академии наук — крупнейшее региональное отделение РАН, которое обеспечивает научно-методическое руководство над деятельностью ряда организаций РАН, расположенных в Сибири.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 18:28
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

Вчера, 15:22
Ольга Иванова

Антропологи из США и Великобритании опровергли результаты исследований других ученых, опубликованные в прошлом году, и пришли к выводу, что мозг человека не уменьшался с момента трех тысяч лет назад. Более того, этого, похоже, не происходило с момента появления нашего вида — Homo sapiens.

Вчера, 18:31
Александра Медведева

Ученые обнаружили новый источник кислорода, который мог повлиять на эволюцию жизни еще до появления фотосинтеза. Оказалось, в сейсмически активных регионах вода при высоких температурах может вступать в реакцию с дефектами на поверхности горных пород, образуя перекись водорода, которая, в свою очередь, может служить источником кислорода для гипертермофильных бактерий.

6 августа
Сергей Васильев

Наблюдения показали, что планеты — мини-нептуны могут терять атмосферу под действием излучения своих звезд, переходя в группу каменистых планет-сверхземель.

Позавчера, 18:28
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

Вчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Федеральная программа материнского капитала (и ее региональные аналоги) действительно приводит к тому, что семьи чаще и быстрее решаются завести второго ребенка. К такому выводу пришли сотрудники Исследовательской рабочей группы по экономико-математическому моделированию демографических процессов факультета экономических наук НИУ ВШЭ.

11 июля
Василий Парфенов

Доступность высококачественных и актуальных данных от спутников дистанционного зондирования Земли растет с каждым годом. Такие компании, как Capella Space и Maxar Technologies, несколько лет подряд предлагают всем желающим беспрецедентно дешевые радарные и оптические снимки земной поверхности высокого разрешения. Это позволяет гражданским аналитикам наблюдать за военными объектами по всему миру и находить интересные артефакты.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: