Страница:
О ценности мужского пола говорит и такой факт: популяция двуполых животных должна платить очень высокую цену за наличие самцов. Им требуется гораздо больше пищевых ресурсов, а отдача от них слишком мала – большинство самцов в условиях естественного и полового отбора оказываются исключенными из репродуктивной программы. Холостяки многих видов млекопитающих сбиваются в целые стада и бродят по лесам и саваннам в надежде когда-нибудь, хотя бы случайно, спариться с самкой. Получается, что самцы в основном едят и спят, в то время как самки трудятся не покладая рук: беременеют, вынашивают, рожают, выкармливают новые поколения.
Самцы, не занятые в воспроизводстве, тратят энергию только на сон и еду
И все же, несмотря на сложности, эволюция, жестоко отсеивающая все лишнее, культивировала мужской пол, сохранила его и сделала его существование одним из условий своего успешного хода.
В том, что мужской пол жизненно необходим для благополучного процветания вида, убеждает интересный эксперимент, поставленный биологами из Орегонского университета.
В качестве подопытных кроликов выступили Caenorhabditis elegans, маленькие червячки, относящиеся к нематодам (нематодами называют любых круглых червей, тело которых не имеет сегментов и сужается с обеих сторон). Червячки интересны тем, что их популяция представлена гермафродитами и небольшим количеством «чисто самцов». Путем искусственного отбора ученые вывели две породы этих червей, отличавшихся только тем, что в одной породе были представлены только гермафродиты (тип OS), а во второй присутствовали и самцы, и самки, которые размножалась исключительно путем перекрестного оплодотворения (тип OO). Было создано две подопытные группы червей с равным количеством особей типов ОО и OS, затем к каждой группе была добавлена порция червей исходного вида, лишенная этих мутаций (тип WT). Эксперимент продолжался в течение 50 поколений червей. Каждое поколение подвергалось действию мутагенного препарата, что приводило к увеличению частоты мутаций. Червей помещали в чашку Петри, в другой половине которой находилась их пища – бактерии E. coli. Чтобы добраться до еды, черви должны были преодолеть небольшую перегородку.
Caenorhabditis elegans: выжившие участники эксперимента
По окончании этой части эксперимента ученые сравнили изменения в приспособленности у особей первого поколения червей и выживших представителей последнего, пятидесятого. Для этого червей в равных пропорциях смешивали с контрольными червями, в геном которых был введен ген светящегося белка, и помещали в благоприятные для жизни условия. Через некоторое время, достаточное для того, чтобы черви размножились, биологи определяли количество светящихся особей в потомстве. Если их становилось меньше – значит, приспособленность выросла, если больше – значит, произошла деградация.
Результаты эксперимента однозначно свидетельствовали о том, что перекрестное оплодотворение – мощное средство борьбы с генетическими ошибками. Количество несветящихся особей неизменно оказывалось большим. Искусственно повышенная скорость мутирования привела к вырождению всех пород червей, кроме OO, которые размножались перекрестным оплодотворением.
Даже тем породам, у которых мутагенез не был искусственно ускорен, высокая частота перекрестного оплодотворения дала преимущество. В одной из двух контрольных пород OS даже без повышения скорости мутирования отказ от перекрестного оплодотворения привел к вырождению. Эксперимент также показал, что частота перекрестного оплодотворения у большинства «диких» пород WT оказалась заметно выше исходной. Это, пожалуй, самый важный результат. Он означает, что в жестких условиях (в данном случае таким условием была необходимость преодоления препятствия на пути к еде) естественный отбор дает явное преимущество особям, размножающимся путем перекрестного оплодотворения. Потомство таких особей оказывается более жизнеспособным.
Напоследок ученые решили проверить, помогает ли перекрестное оплодотворение адаптироваться к изменениям путем накопления полезных мутаций. На этот раз червям, чтобы добраться до пищи, нужно было преодолеть зону, заселенную патогенными бактериями Serratia. Эти бактерии, попадая в пищеварительный тракт червя, вызывают у него опасное заболевание, часто заканчивающееся смертью. Чтобы выжить, червям пришлось бы либо выработать иммунитет к ним, либо догадаться не есть вредные бактерии. Спустя 40 поколений породы OO (с перекрестным оплодотворением) отлично приспособились к новым условиям, породы WT (дикие) приспособились несколько хуже, а породы OS (самооплодотворяющиеся гермафродиты) не приспособились совсем – все черви этой группы погибли. При этом у WT вновь резко возросла частота перекрестного оплодотворения. Значит, перекрестное оплодотворение действительно помогает популяции приспосабливаться к меняющимся условиям, в данном случае – к появлению болезнетворного микроба.
Y-хромосома – двигатель эволюции
Глава 3
Легко ли стать мужчиной?
Сексуальные игры хромосом
Синдром Суайра
Самцы, не занятые в воспроизводстве, тратят энергию только на сон и еду
И все же, несмотря на сложности, эволюция, жестоко отсеивающая все лишнее, культивировала мужской пол, сохранила его и сделала его существование одним из условий своего успешного хода.
В том, что мужской пол жизненно необходим для благополучного процветания вида, убеждает интересный эксперимент, поставленный биологами из Орегонского университета.
В качестве подопытных кроликов выступили Caenorhabditis elegans, маленькие червячки, относящиеся к нематодам (нематодами называют любых круглых червей, тело которых не имеет сегментов и сужается с обеих сторон). Червячки интересны тем, что их популяция представлена гермафродитами и небольшим количеством «чисто самцов». Путем искусственного отбора ученые вывели две породы этих червей, отличавшихся только тем, что в одной породе были представлены только гермафродиты (тип OS), а во второй присутствовали и самцы, и самки, которые размножалась исключительно путем перекрестного оплодотворения (тип OO). Было создано две подопытные группы червей с равным количеством особей типов ОО и OS, затем к каждой группе была добавлена порция червей исходного вида, лишенная этих мутаций (тип WT). Эксперимент продолжался в течение 50 поколений червей. Каждое поколение подвергалось действию мутагенного препарата, что приводило к увеличению частоты мутаций. Червей помещали в чашку Петри, в другой половине которой находилась их пища – бактерии E. coli. Чтобы добраться до еды, черви должны были преодолеть небольшую перегородку.
Caenorhabditis elegans: выжившие участники эксперимента
По окончании этой части эксперимента ученые сравнили изменения в приспособленности у особей первого поколения червей и выживших представителей последнего, пятидесятого. Для этого червей в равных пропорциях смешивали с контрольными червями, в геном которых был введен ген светящегося белка, и помещали в благоприятные для жизни условия. Через некоторое время, достаточное для того, чтобы черви размножились, биологи определяли количество светящихся особей в потомстве. Если их становилось меньше – значит, приспособленность выросла, если больше – значит, произошла деградация.
Результаты эксперимента однозначно свидетельствовали о том, что перекрестное оплодотворение – мощное средство борьбы с генетическими ошибками. Количество несветящихся особей неизменно оказывалось большим. Искусственно повышенная скорость мутирования привела к вырождению всех пород червей, кроме OO, которые размножались перекрестным оплодотворением.
Даже тем породам, у которых мутагенез не был искусственно ускорен, высокая частота перекрестного оплодотворения дала преимущество. В одной из двух контрольных пород OS даже без повышения скорости мутирования отказ от перекрестного оплодотворения привел к вырождению. Эксперимент также показал, что частота перекрестного оплодотворения у большинства «диких» пород WT оказалась заметно выше исходной. Это, пожалуй, самый важный результат. Он означает, что в жестких условиях (в данном случае таким условием была необходимость преодоления препятствия на пути к еде) естественный отбор дает явное преимущество особям, размножающимся путем перекрестного оплодотворения. Потомство таких особей оказывается более жизнеспособным.
Напоследок ученые решили проверить, помогает ли перекрестное оплодотворение адаптироваться к изменениям путем накопления полезных мутаций. На этот раз червям, чтобы добраться до пищи, нужно было преодолеть зону, заселенную патогенными бактериями Serratia. Эти бактерии, попадая в пищеварительный тракт червя, вызывают у него опасное заболевание, часто заканчивающееся смертью. Чтобы выжить, червям пришлось бы либо выработать иммунитет к ним, либо догадаться не есть вредные бактерии. Спустя 40 поколений породы OO (с перекрестным оплодотворением) отлично приспособились к новым условиям, породы WT (дикие) приспособились несколько хуже, а породы OS (самооплодотворяющиеся гермафродиты) не приспособились совсем – все черви этой группы погибли. При этом у WT вновь резко возросла частота перекрестного оплодотворения. Значит, перекрестное оплодотворение действительно помогает популяции приспосабливаться к меняющимся условиям, в данном случае – к появлению болезнетворного микроба.
Y-хромосома – двигатель эволюции
Говорят, что когда-то, очень-очень давно, когда жизнь на нашей планете была представлена только простейшими, все до единого микроорганизмы несли в себе только Х-хромосомы и никакого мужского пола не предполагалось. Он попросту был не нужен: все размножались делением и особо не грузились такой мелочью, как гендерная идентификация. Но потом произошла чудовищная мутация. Одна из Х-хромосом лишилась одного из четырех кончиков. То ли он просто потерялся, то ли два кончика срослись в один – непонятно. Получилась хромосома-инвалид, по форме напоминающая букву Y. Инвалид был микроскопически мал и передвигался в воде с помощью своих примитивных ресничек, тем не менее выжил и даже сумел наплодить себе подобных носителей таких ущербных хромосом. Так появился первый мужчина.
За все время своего существования, а если быть точнее, за 166 миллионов лет, Y-хромосома почему-то так и не эволюционировала в нечто более прекрасное.
Мужчина на генетическом уровне: Х– и Y-хромосомы, отвечающие за формирование мужского пола у большинства живых существ
Мало того, путешествуя во времени, она еще и лишилась 1393 из имевшихся в ней изначально 1438 генов. Впоследствии, правда, обездоленный Y кое-что поднакопил, и сейчас в составе хромосомы целых 78 генов, то есть в 18 (!) раз меньше, чем должно быть. Поэтому некоторые ученые оскорбительно называют мужскую гамету «почти полностью деградировавшей Х-хромосомой». Эти же некоторые ученые, подсчитав скорость потери генов Y-хромосомы, утверждают, что примерно через 125 тысяч лет несчастное недосущество окончательно деградирует, девальвирует, дезактивируется и навсегда исчезнет с лица Земли. Мужской пол опять растворится в эволюционных дебрях. Наверное, эти ученые – женщины.
Случается, отдельные слабые голоса в научном мире женщинам возражают и говорят: нет, мол, ничего подобного. Мы вот тут изучили хромосомы шимпанзе и со всей ответственностью заявляем: ничего никто не терял, все так и должно быть. И никуда хромосома исчезать не собирается, а так и будет существовать – да! – в таком виде! Нравится вам это или нет. Что-то нам подсказывает, что эти голоса принадлежат мужчинам.
Считается, что все генетически полезное для мужского пола накапливается в этой хромосоме и что она же собирает все то, что генетически вредно для женского пола (интересно, что вообще можно собрать с таким количеством генов?).
Y-хромосома – самая маленькая из всех человеческих хромосом, причем ее размер может сильно отличаться у разных мужчин. Она практически не способна к рекомбинированию – спонтанному соединению с другими хромосомами. Из всех 78 генов только 3 могут свободно перетасовываться в генетической колоде, что делает возможным с большой точностью определять предка по отцовской линии. И поэтому животноводы, подбирая пару производителей, следуют принципу превосходства мужской особи. Говоря простым языком, с точки зрения породы, более правильным должен быть кобель, а не сучка, жеребец, а не кобыла, кот, а не кошка. Это правило было известно с древнейших времен, и люди всегда стремились подобрать своим коровам, овцам и лошадям производителей, превосходящих самок по качествам.
Изменчивость неспособных к рекомбинации 75 генов Y-хромосомы обеспечивается только за счет мутаций. Другими словами, 95 % этой хромосомы представляют собой своего рода летопись всех мутаций, произошедших у данного вида животных. Генетическая информация по линии отца передается потомству в более устойчивом виде.
Подбирая пару производителей, животноводы предъявляют более высокие требования к мужской особи, нежели к женской
Соответственно, чем лучше отец, тем лучше потомство, чем хуже качества отца, тем хуже потомки. Но оставшиеся 5 % способных к рекомбинации генов дают нам такой богатый генетический материал, что это оправдывает все издержки, связанные с существованием мужского пола.
Самец может наделать сколько угодно детенышей, в отличие от самок, которые в количестве потомства сильно ограничены. Таким образом, у самцов возможности передачи новых генов значительно выше, чем у самок, поэтому мутации у мужского пола имеют большее значение для популяции, чем женские мутагенные изменения.
В настоящее время генетики нашли в Y-хромосоме около 160 единиц, способных изменяться. Почти 60 миллионов пар нуклеотидов этой хромосомы образуют хромосомные линии, которые по своей сути сходны с линиями молекулы ДНК, передающейся от яйцеклетки. Однако в ДНК присутствуют только точечные мутации, в то время как Y-хромосома с ее генетическими накоплениями – настоящий банк всевозможных изменений, хранимых ею практически все время своего существования. Поэтому Y-хромосома куда более ценна с точки зрения эволюции, чем Х-хромосома. Мало того, как выяснилось, Y-хромосома научилась противостоять деградации. Ее нуклеотидный состав симметричен, он состоит из двух одинаковых частей, расположенных зеркально относительно друг друга. Чтобы это было более понятно, приведем пример палиндрома в виде набора букв: АБААБА. Если это сочетание букв разделить на две части по средней линии, то мы получим зеркальную симметрию – палиндром.
Непарность Y-хромосомы – вот основа эволюции. Если у женщины одна из Х-хромосом каким-то образом изменилась, то вторая Х-хромосома, генетический близнец пострадавшей, будет противостоять мутации и сведет ее проявления к минимуму. А у мужчин хромосомы-дублера нет. Подсчитано, что у каждого мужчины в Y-хромосоме содержится не менее 600 нуклеотидов, отличающих его генотип от генотипа отца, – это в тысячи раз больше вариантов наследственности, чем может обеспечить естественная мутация.
Конечно, это не всегда дает только положительный результат. Непарность Y-хромосомы приносит и гнилые плоды. Существуют наследственные заболевания, которыми болеют только мужчины или преимущественно мужчины, а женщины, оставаясь здоровыми, всего лишь носительницы этого заболевания.
Самый известный пример – гемофилия, или несвертываемость крови. «Неправильный» ген передается от матери к сыну, но сама мать при этом остается здоровой. Женщина заболеет только в том случае, если у нее дефектный ген появится в обеих Х-хромосомах.
Такая же печальная история с дальтонизмом – особенностью цветового зрения у людей и приматов, при котором дальтоник полностью или выборочно не различает цветов. Женщины-дальтоники встречаются в 20 раз реже, чем мужчины, хотя носитель дальтонического гена – женский пол.
Конечно, у мужчин не вырастает третья рука или вторая голова. Эти мутации гораздо менее заметны, поскольку спрятаны глубоко в генах, и в крайних случаях могут быть обнаружены при серьезных медицинских исследованиях. У мужчин куда чаще, чем у женщин, обнаруживаются отклонения в строении тела, например дополнительная мышца или нестандартное развитие кровеносной системы. Это не просто ошибка природы. Природа экспериментирует, проверяя все возможные вариации – а вдруг такой финт будет полезен будущим поколениям?
Дарвин отмечал, что многопалость (полидактилия) у мужчин встречается в полтора раза чаще
При благоприятных условиях те, кто не имеет мутаций, и те, кто их имеет, размножаются одинаково. Но если условия окружающей среды резко меняются, то уже буквально во втором поколении выясняется, кто чего стоит и насколько оправданно нововведение. Если мутация удачная, то ее носитель закрепит себя в потомках. Если неудачная, то носитель погибнет, прекратив передачу нового гена последующим поколениям.
Конечно, у человека эволюция происходит не с такой скоростью, как у животных. Мы приносим куда меньше потомства и создаем для себя максимально комфортные условия для выживания. Но механизм работы Y-хромосомы теперь вполне понятен. Мужской пол – своего рода экспериментальный материал и кладовая новых генетических комбинаций. Мужскому полу теперь до скончания века приходится на своей шкуре отрабатывать все эволюционные новшества, а женскому – сохранять и преумножать лучшее.
Разделение на два пола – это и есть та самая специализация, то самое разделение труда, которое жизненно необходимо для наилучшего выполнения глобальной задачи всего живого: эволюционировать. Гермафродитизм в этом отношении невыгоден тем, что его носители ведут себя одинаково, у них стерты различия в полоролевом поведении и предназначении. У них нет выраженных самцов и самок, они представляют собой усредненное нечто и ведут себя одинаково. Соответственно, у них нет и разделения труда, и со своей сверхзадачей они справляются значительно хуже.
За то, что мы все такие разные, мы должны благодарить Y-хромосому
Наконец, именно двуполому размножению мы обязаны своей личной индивидуальностью. За то, что на земле нет двух одинаковых людей, мы должны благодарить Y-хромосому. Спасибо вам, мужчины!
За все время своего существования, а если быть точнее, за 166 миллионов лет, Y-хромосома почему-то так и не эволюционировала в нечто более прекрасное.
Мужчина на генетическом уровне: Х– и Y-хромосомы, отвечающие за формирование мужского пола у большинства живых существ
Мало того, путешествуя во времени, она еще и лишилась 1393 из имевшихся в ней изначально 1438 генов. Впоследствии, правда, обездоленный Y кое-что поднакопил, и сейчас в составе хромосомы целых 78 генов, то есть в 18 (!) раз меньше, чем должно быть. Поэтому некоторые ученые оскорбительно называют мужскую гамету «почти полностью деградировавшей Х-хромосомой». Эти же некоторые ученые, подсчитав скорость потери генов Y-хромосомы, утверждают, что примерно через 125 тысяч лет несчастное недосущество окончательно деградирует, девальвирует, дезактивируется и навсегда исчезнет с лица Земли. Мужской пол опять растворится в эволюционных дебрях. Наверное, эти ученые – женщины.
Случается, отдельные слабые голоса в научном мире женщинам возражают и говорят: нет, мол, ничего подобного. Мы вот тут изучили хромосомы шимпанзе и со всей ответственностью заявляем: ничего никто не терял, все так и должно быть. И никуда хромосома исчезать не собирается, а так и будет существовать – да! – в таком виде! Нравится вам это или нет. Что-то нам подсказывает, что эти голоса принадлежат мужчинам.
Считается, что все генетически полезное для мужского пола накапливается в этой хромосоме и что она же собирает все то, что генетически вредно для женского пола (интересно, что вообще можно собрать с таким количеством генов?).
Y-хромосома – самая маленькая из всех человеческих хромосом, причем ее размер может сильно отличаться у разных мужчин. Она практически не способна к рекомбинированию – спонтанному соединению с другими хромосомами. Из всех 78 генов только 3 могут свободно перетасовываться в генетической колоде, что делает возможным с большой точностью определять предка по отцовской линии. И поэтому животноводы, подбирая пару производителей, следуют принципу превосходства мужской особи. Говоря простым языком, с точки зрения породы, более правильным должен быть кобель, а не сучка, жеребец, а не кобыла, кот, а не кошка. Это правило было известно с древнейших времен, и люди всегда стремились подобрать своим коровам, овцам и лошадям производителей, превосходящих самок по качествам.
Изменчивость неспособных к рекомбинации 75 генов Y-хромосомы обеспечивается только за счет мутаций. Другими словами, 95 % этой хромосомы представляют собой своего рода летопись всех мутаций, произошедших у данного вида животных. Генетическая информация по линии отца передается потомству в более устойчивом виде.
Подбирая пару производителей, животноводы предъявляют более высокие требования к мужской особи, нежели к женской
Соответственно, чем лучше отец, тем лучше потомство, чем хуже качества отца, тем хуже потомки. Но оставшиеся 5 % способных к рекомбинации генов дают нам такой богатый генетический материал, что это оправдывает все издержки, связанные с существованием мужского пола.
Самец может наделать сколько угодно детенышей, в отличие от самок, которые в количестве потомства сильно ограничены. Таким образом, у самцов возможности передачи новых генов значительно выше, чем у самок, поэтому мутации у мужского пола имеют большее значение для популяции, чем женские мутагенные изменения.
В настоящее время генетики нашли в Y-хромосоме около 160 единиц, способных изменяться. Почти 60 миллионов пар нуклеотидов этой хромосомы образуют хромосомные линии, которые по своей сути сходны с линиями молекулы ДНК, передающейся от яйцеклетки. Однако в ДНК присутствуют только точечные мутации, в то время как Y-хромосома с ее генетическими накоплениями – настоящий банк всевозможных изменений, хранимых ею практически все время своего существования. Поэтому Y-хромосома куда более ценна с точки зрения эволюции, чем Х-хромосома. Мало того, как выяснилось, Y-хромосома научилась противостоять деградации. Ее нуклеотидный состав симметричен, он состоит из двух одинаковых частей, расположенных зеркально относительно друг друга. Чтобы это было более понятно, приведем пример палиндрома в виде набора букв: АБААБА. Если это сочетание букв разделить на две части по средней линии, то мы получим зеркальную симметрию – палиндром.
Непарность Y-хромосомы – вот основа эволюции. Если у женщины одна из Х-хромосом каким-то образом изменилась, то вторая Х-хромосома, генетический близнец пострадавшей, будет противостоять мутации и сведет ее проявления к минимуму. А у мужчин хромосомы-дублера нет. Подсчитано, что у каждого мужчины в Y-хромосоме содержится не менее 600 нуклеотидов, отличающих его генотип от генотипа отца, – это в тысячи раз больше вариантов наследственности, чем может обеспечить естественная мутация.
Конечно, это не всегда дает только положительный результат. Непарность Y-хромосомы приносит и гнилые плоды. Существуют наследственные заболевания, которыми болеют только мужчины или преимущественно мужчины, а женщины, оставаясь здоровыми, всего лишь носительницы этого заболевания.
Самый известный пример – гемофилия, или несвертываемость крови. «Неправильный» ген передается от матери к сыну, но сама мать при этом остается здоровой. Женщина заболеет только в том случае, если у нее дефектный ген появится в обеих Х-хромосомах.
Такая же печальная история с дальтонизмом – особенностью цветового зрения у людей и приматов, при котором дальтоник полностью или выборочно не различает цветов. Женщины-дальтоники встречаются в 20 раз реже, чем мужчины, хотя носитель дальтонического гена – женский пол.
Конечно, у мужчин не вырастает третья рука или вторая голова. Эти мутации гораздо менее заметны, поскольку спрятаны глубоко в генах, и в крайних случаях могут быть обнаружены при серьезных медицинских исследованиях. У мужчин куда чаще, чем у женщин, обнаруживаются отклонения в строении тела, например дополнительная мышца или нестандартное развитие кровеносной системы. Это не просто ошибка природы. Природа экспериментирует, проверяя все возможные вариации – а вдруг такой финт будет полезен будущим поколениям?
Дарвин отмечал, что многопалость (полидактилия) у мужчин встречается в полтора раза чаще
При благоприятных условиях те, кто не имеет мутаций, и те, кто их имеет, размножаются одинаково. Но если условия окружающей среды резко меняются, то уже буквально во втором поколении выясняется, кто чего стоит и насколько оправданно нововведение. Если мутация удачная, то ее носитель закрепит себя в потомках. Если неудачная, то носитель погибнет, прекратив передачу нового гена последующим поколениям.
Конечно, у человека эволюция происходит не с такой скоростью, как у животных. Мы приносим куда меньше потомства и создаем для себя максимально комфортные условия для выживания. Но механизм работы Y-хромосомы теперь вполне понятен. Мужской пол – своего рода экспериментальный материал и кладовая новых генетических комбинаций. Мужскому полу теперь до скончания века приходится на своей шкуре отрабатывать все эволюционные новшества, а женскому – сохранять и преумножать лучшее.
Разделение на два пола – это и есть та самая специализация, то самое разделение труда, которое жизненно необходимо для наилучшего выполнения глобальной задачи всего живого: эволюционировать. Гермафродитизм в этом отношении невыгоден тем, что его носители ведут себя одинаково, у них стерты различия в полоролевом поведении и предназначении. У них нет выраженных самцов и самок, они представляют собой усредненное нечто и ведут себя одинаково. Соответственно, у них нет и разделения труда, и со своей сверхзадачей они справляются значительно хуже.
За то, что мы все такие разные, мы должны благодарить Y-хромосому
Наконец, именно двуполому размножению мы обязаны своей личной индивидуальностью. За то, что на земле нет двух одинаковых людей, мы должны благодарить Y-хромосому. Спасибо вам, мужчины!
Глава 3
Мужчина как явление природы
Думается, что мир без мужчин был бы прекрасен. Не было бы оружия, исход войн решался бы на подиумах, а автомобили без встроенной косметички были бы запрещены к производству. Но в определенный период развития жизни на Земле что-то пошло не так и миру явился Мужчина – агрессивный, с раздутым самомнением, с непомерным желанием лидерства и готовностью в любой момент помахать кулаками. Мир захватили самцы. Они объявили себя вожаками стай и прайдов, вообразили, что только они в состоянии решать глобальные проблемы и спасать мир.
Но жизнь мужчин не так безоблачна, как может показаться. Эволюция словно проверяет мужчин на прочность и выживаемость, причем делает это на протяжении всей их жизни – от зачатия и до последнего вздоха.
Но жизнь мужчин не так безоблачна, как может показаться. Эволюция словно проверяет мужчин на прочность и выживаемость, причем делает это на протяжении всей их жизни – от зачатия и до последнего вздоха.
Легко ли стать мужчиной?
В ответ кто-то усмехнется, кто-то нахмурится, а кто-то покраснеет. Но нет, речь пойдет совсем не об ЭТОМ, а о том, как родиться мужчиной. Речь пойдет об Y-хромосоме. О той самой хромосоме, которая определяет мужской пол.
Хромосомы, определяющие пол, хранятся в сперматозоидах. Впервые половые клетки мужчин описал Антонио ван Левенгук в 1677 году: есть подозрение, что именно для этого он изобрел микроскоп. Левенгук назвал сперматозоиды «семенными зверьками» и предположил, что каждый сперматозоид представляет собой отдельный живой организм, который, попав в тело женщины, развивается в более-менее жизнеспособное существо. Позднее, конечно, выяснили, что никаких зверьков там нет, но вклад Левенгука в приоткрытии тайны зачатия остается весьма значительным.
Современные микроскопы позволили изучить половые клетки досконально. Сперматозоиды большинства млекопитающих, в том числе и человека, имеют вид овальной клетки – головки, снабженной длинным жгутиком. Головка несет всю необходимую для будущего потомства генетическую информацию в виде 23 хромосом (у человека), а с помощью хвостика сперматозоид перемещается.
Но случаются в природе и забавные отклонения от общепринятой нормы. У некоторых сумчатых животных сперматозоиды проявляют невиданный коллективизм и живут попарно, соединенные, как сиамские близнецы, незримой, но крепкой связью. Даже передвигаясь, своими хвостами они работают синхронно. Расходятся неразлучные друзья непосредственно перед оплодотворением, как говорится – дружба дружбой, а служба службой. У рыб тетрадонов каждый сперматозоид снабжен двумя хвостами, а самые хвостатые живчики – у ракообразных, по нескольку жгутиков у одного экземпляра. У крыс и мышей головка сперматозоида не яйцеобразная, как у человека, а крючкообразная, у петухов же, например, она похожа на пиявку.
Встречаются в природе шарообразные сперматозоиды, сперматозоиды, у которых нет жгутиков, и амебообразные. Размер этой клетки у каждого биологического вида свой и никак не зависит от размеров особей. Например, сперматозоиды мышей в 1,5 раза больше, чем человеческие, у тритона – в 6 раз, у воробья – в 4, а у крокодила – в 2,5 раза меньше.
В среднем за сутки в организме мужчины вырабатывается около 10 миллионов половых клеток. Но эта цифра может сильно отклоняться в ту или иную сторону.
Средний размер сперматозоида человека – около 55 мкм «от кончика носа до кончика хвоста». Головка меньше жгутика в 10 раз: размер головки составляет всего-навсего 5 мкм, хвостика – 50 мкм. По сравнению с яйцеклеткой сперматозоид просто карлик – диаметр его головки в 20 раз меньше диаметра яйцеклетки.
Скорость передвижения сперматозоидов зависит от многих показателей, она индивидуальна у каждого мужчины в данный момент. В среднем определяется как 9-25 см/ч. Среднее расстояние, которое надо преодолеть сперматозоиду, – 25–30 см. От попадания в половые пути женщины до обнаружения яйцеклетки ему требуется где-то полтора часа, при этом он не просто движется в некоем абстрактном направлении, куда захотелось, а идет прямо к цели по заранее намеченному маршруту, запросто обходит препятствия и даже (что подтверждают последние исследования) активно ищет потерявшуюся цель.
Миллионы сперматозоидов движутся в направлении яйцеклетки, преодолевая путь, полный опасностей. Но повезет только одному!
Ученые установили: у человека способны к оплодотворению от 1 до 5 % сперматозоидов – и только! Все остальные – своеобразный брак или такие клетки, задача которых – не слияние с яйцеклеткой, а поиск и блокирование чужих сперматозоидов, если вдруг таковые окажутся в женских половых путях. Попав в организм женщины, полноценные оплодотворители живут в нем от 24 до 72 часов, а при очень благоприятных условиях – и до недели. И в любую секунду этого отведенного им времени они готовы к зачатию.
Сперматозоид мужчины. Трехмерное моделирование
Нормальный сперматозоид по своей физической подготовке не уступает бойцу отряда специального назначения. Судите сами: для того чтобы проползти расстояние в 1 см, живчику надо сделать целых 800 движений хвостиком, то есть, чтобы преодолеть весь путь, ему понадобится вильнуть жгутиком 24 000 раз!
Собственно сперматозоидов в сперме всего лишь от 3 до 5 %. Остальное – семенная жидкость, состоящая из более чем 30 компонентов, среди которых фосфор, калий, азот, кальций, хлор, цинк, витамин В12, антигены группы крови, холестерин, креатин, фруктоза, глютатион, гиалуронидаза, инозитол, молочная кислота, лимонная кислота, аскорбиновая кислота, пировиноградная кислота, натрий, сорбит, спермидин, спермин, мочевина, мочевая кислота, ряд гормонов и почти ноль калорий. Эти вещества помогают сперматозоидам сохранять жизнеспособность, двигаться в женских половых путях и растворять оболочку яйцеклетки, чтобы проникнуть в нее. Семяизвержение начинается со сперматозоидов, а семенная жидкость выпрыскивается следом за ними, когда они проходят мимо предстательной железы.
В одной порции эякулята количество сперматозоидов у разных мужчин может колебаться от нескольких десятков миллионов до ничего. Установлено, что небольшие перерывы в половой жизни способствуют повышению количества сперматозоидов вдвое, а длительные – их катастрофическому снижению. Как считают специалисты Всемирной организации здравоохранения, для того чтобы мужчина мог зачинать детей, в одном миллилитре его спермы должно быть не менее 20 миллионов сперматозоидов, а объем одного эякулята должен быть не менее 2 мл. Большинство мужчин укладывается в пределы от 2 до 5 мл и от 20 до 300 миллионов сперматозоидов. Если количество сперматозоидов составляет менее 20 миллионов – говорят об олигоспермии, отсутствие сперматозоидов вообще называют азооспермией. Первый случай делает зачатие маловероятным, второй – невозможным.
На мужскую плодовитость непосредственное влияние оказывает подвижность сперматозоидов. Мужские половые клетки принято делить на четыре категории в зависимости от их способности передвигаться:
• категория А – движутся быстро по прямой траектории; скорость их движения не ниже 0,025 мм/с;
• категория B – движутся все еще прямо, но уже со скоростью менее 0,025 мм/с;
• категория C – малоподвижны, скорость движения хаотична;
• категория D – полностью неподвижные сперматозоиды.
Чем больше в семенной жидкости подвижных скоростных сперматозоидов категории А, тем выше у мужчины шансы стать отцом.
В зависимости от набора хромосом, которыми обладает тот или иной сперматозоид, их можно условно разделить на «девчачьи» (с одними X-хромосомами) и «мальчуковые» (несущие ту самую, заветную хромосому Y). «Девчачьи» сперматозоиды, как и положено женскому полу, живут дольше, но скучнее: они не такие шустрые. «Мальчуковые» сперматозоиды обладают более высокой скоростью передвижения, но живут почти в два раза меньше.
Пол зачатого ребенка определяется тем, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку. За это отвечает один-единственный ген SRY (Sex Determining Region of Y) – в переводе «определяющий пол участок Y-хромосомы». Он начинает работать после шестой недели жизни человеческого плода. Если яйцеклетку оплодотворил сперматозоид с двумя Х-хромосомами, готовьте розовые ленточки. А если до цели первым доберется сперматозоид, несущий одну Х– и одну Y-хромосому, то запасайтесь пистолетиками, рогатками и машинками: у вас будет мальчик.
Пол будущего ребенка зависит от того, какую гамету несет сперматозоид
Итак, вроде бы понятно: для того чтобы стать мужчиной, достаточно иметь в своем распоряжении Y-хромосому. Но не торопитесь. Не все так просто.
Изначально все эмбрионы тяготеют к женскому полу, и мужчинам, чтобы сформировать свои первичные половые признаки, приходится изрядно постараться: человеческий плод первые шесть недель развития имеет абстрактную половую железу, которая только потом развивается или в яичники, или в яички. При этом эмбрионам, имеющим в своем наборе женскую пару ХХ-хромосом, дополнительных условий для превращения в полноценную женскую особь не требуется. А вот обладатели мужского набора, состоящего из Х– и Y-хромосом, станут настоящими мужчинами только в том случае, если в этой самой Y-хромосоме присутствует фактор, определяющий наличие семенников, а также если количество мужских гормонов будет достаточным для запуска механизма формирования мужских половых признаков.
Но и это еще не все. У Y-хромосомы очень высокая скорость мутации. Дело в том, что в той части тела, где вырабатываются сперматозоиды, среда не просто кислая, а очень кислая. Сперматозоиды же кислоту терпеть не могут, потому что она их разрушает. Наши неженки предпочитают щелочную среду. Из-за пребывания в кислой среде мужские половые клетки начинают мутировать. Но и на этом злоключения несчастной хромосомы не заканчиваются. Сперматозоиды подвергаются многочисленным клеточным делениям, что тоже ведет к повышению случаев мутации. И при всей такой не сложившейся личной жизни на сперматозоидах лежит очень большая ответственность: закладывать пол будущего человека.
Хромосомы, определяющие пол, хранятся в сперматозоидах. Впервые половые клетки мужчин описал Антонио ван Левенгук в 1677 году: есть подозрение, что именно для этого он изобрел микроскоп. Левенгук назвал сперматозоиды «семенными зверьками» и предположил, что каждый сперматозоид представляет собой отдельный живой организм, который, попав в тело женщины, развивается в более-менее жизнеспособное существо. Позднее, конечно, выяснили, что никаких зверьков там нет, но вклад Левенгука в приоткрытии тайны зачатия остается весьма значительным.
Современные микроскопы позволили изучить половые клетки досконально. Сперматозоиды большинства млекопитающих, в том числе и человека, имеют вид овальной клетки – головки, снабженной длинным жгутиком. Головка несет всю необходимую для будущего потомства генетическую информацию в виде 23 хромосом (у человека), а с помощью хвостика сперматозоид перемещается.
Но случаются в природе и забавные отклонения от общепринятой нормы. У некоторых сумчатых животных сперматозоиды проявляют невиданный коллективизм и живут попарно, соединенные, как сиамские близнецы, незримой, но крепкой связью. Даже передвигаясь, своими хвостами они работают синхронно. Расходятся неразлучные друзья непосредственно перед оплодотворением, как говорится – дружба дружбой, а служба службой. У рыб тетрадонов каждый сперматозоид снабжен двумя хвостами, а самые хвостатые живчики – у ракообразных, по нескольку жгутиков у одного экземпляра. У крыс и мышей головка сперматозоида не яйцеобразная, как у человека, а крючкообразная, у петухов же, например, она похожа на пиявку.
Встречаются в природе шарообразные сперматозоиды, сперматозоиды, у которых нет жгутиков, и амебообразные. Размер этой клетки у каждого биологического вида свой и никак не зависит от размеров особей. Например, сперматозоиды мышей в 1,5 раза больше, чем человеческие, у тритона – в 6 раз, у воробья – в 4, а у крокодила – в 2,5 раза меньше.
В среднем за сутки в организме мужчины вырабатывается около 10 миллионов половых клеток. Но эта цифра может сильно отклоняться в ту или иную сторону.
Средний размер сперматозоида человека – около 55 мкм «от кончика носа до кончика хвоста». Головка меньше жгутика в 10 раз: размер головки составляет всего-навсего 5 мкм, хвостика – 50 мкм. По сравнению с яйцеклеткой сперматозоид просто карлик – диаметр его головки в 20 раз меньше диаметра яйцеклетки.
Скорость передвижения сперматозоидов зависит от многих показателей, она индивидуальна у каждого мужчины в данный момент. В среднем определяется как 9-25 см/ч. Среднее расстояние, которое надо преодолеть сперматозоиду, – 25–30 см. От попадания в половые пути женщины до обнаружения яйцеклетки ему требуется где-то полтора часа, при этом он не просто движется в некоем абстрактном направлении, куда захотелось, а идет прямо к цели по заранее намеченному маршруту, запросто обходит препятствия и даже (что подтверждают последние исследования) активно ищет потерявшуюся цель.
Миллионы сперматозоидов движутся в направлении яйцеклетки, преодолевая путь, полный опасностей. Но повезет только одному!
Ученые установили: у человека способны к оплодотворению от 1 до 5 % сперматозоидов – и только! Все остальные – своеобразный брак или такие клетки, задача которых – не слияние с яйцеклеткой, а поиск и блокирование чужих сперматозоидов, если вдруг таковые окажутся в женских половых путях. Попав в организм женщины, полноценные оплодотворители живут в нем от 24 до 72 часов, а при очень благоприятных условиях – и до недели. И в любую секунду этого отведенного им времени они готовы к зачатию.
Сперматозоид мужчины. Трехмерное моделирование
Нормальный сперматозоид по своей физической подготовке не уступает бойцу отряда специального назначения. Судите сами: для того чтобы проползти расстояние в 1 см, живчику надо сделать целых 800 движений хвостиком, то есть, чтобы преодолеть весь путь, ему понадобится вильнуть жгутиком 24 000 раз!
Собственно сперматозоидов в сперме всего лишь от 3 до 5 %. Остальное – семенная жидкость, состоящая из более чем 30 компонентов, среди которых фосфор, калий, азот, кальций, хлор, цинк, витамин В12, антигены группы крови, холестерин, креатин, фруктоза, глютатион, гиалуронидаза, инозитол, молочная кислота, лимонная кислота, аскорбиновая кислота, пировиноградная кислота, натрий, сорбит, спермидин, спермин, мочевина, мочевая кислота, ряд гормонов и почти ноль калорий. Эти вещества помогают сперматозоидам сохранять жизнеспособность, двигаться в женских половых путях и растворять оболочку яйцеклетки, чтобы проникнуть в нее. Семяизвержение начинается со сперматозоидов, а семенная жидкость выпрыскивается следом за ними, когда они проходят мимо предстательной железы.
В одной порции эякулята количество сперматозоидов у разных мужчин может колебаться от нескольких десятков миллионов до ничего. Установлено, что небольшие перерывы в половой жизни способствуют повышению количества сперматозоидов вдвое, а длительные – их катастрофическому снижению. Как считают специалисты Всемирной организации здравоохранения, для того чтобы мужчина мог зачинать детей, в одном миллилитре его спермы должно быть не менее 20 миллионов сперматозоидов, а объем одного эякулята должен быть не менее 2 мл. Большинство мужчин укладывается в пределы от 2 до 5 мл и от 20 до 300 миллионов сперматозоидов. Если количество сперматозоидов составляет менее 20 миллионов – говорят об олигоспермии, отсутствие сперматозоидов вообще называют азооспермией. Первый случай делает зачатие маловероятным, второй – невозможным.
На мужскую плодовитость непосредственное влияние оказывает подвижность сперматозоидов. Мужские половые клетки принято делить на четыре категории в зависимости от их способности передвигаться:
• категория А – движутся быстро по прямой траектории; скорость их движения не ниже 0,025 мм/с;
• категория B – движутся все еще прямо, но уже со скоростью менее 0,025 мм/с;
• категория C – малоподвижны, скорость движения хаотична;
• категория D – полностью неподвижные сперматозоиды.
Чем больше в семенной жидкости подвижных скоростных сперматозоидов категории А, тем выше у мужчины шансы стать отцом.
В зависимости от набора хромосом, которыми обладает тот или иной сперматозоид, их можно условно разделить на «девчачьи» (с одними X-хромосомами) и «мальчуковые» (несущие ту самую, заветную хромосому Y). «Девчачьи» сперматозоиды, как и положено женскому полу, живут дольше, но скучнее: они не такие шустрые. «Мальчуковые» сперматозоиды обладают более высокой скоростью передвижения, но живут почти в два раза меньше.
Пол зачатого ребенка определяется тем, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку. За это отвечает один-единственный ген SRY (Sex Determining Region of Y) – в переводе «определяющий пол участок Y-хромосомы». Он начинает работать после шестой недели жизни человеческого плода. Если яйцеклетку оплодотворил сперматозоид с двумя Х-хромосомами, готовьте розовые ленточки. А если до цели первым доберется сперматозоид, несущий одну Х– и одну Y-хромосому, то запасайтесь пистолетиками, рогатками и машинками: у вас будет мальчик.
Пол будущего ребенка зависит от того, какую гамету несет сперматозоид
Итак, вроде бы понятно: для того чтобы стать мужчиной, достаточно иметь в своем распоряжении Y-хромосому. Но не торопитесь. Не все так просто.
Изначально все эмбрионы тяготеют к женскому полу, и мужчинам, чтобы сформировать свои первичные половые признаки, приходится изрядно постараться: человеческий плод первые шесть недель развития имеет абстрактную половую железу, которая только потом развивается или в яичники, или в яички. При этом эмбрионам, имеющим в своем наборе женскую пару ХХ-хромосом, дополнительных условий для превращения в полноценную женскую особь не требуется. А вот обладатели мужского набора, состоящего из Х– и Y-хромосом, станут настоящими мужчинами только в том случае, если в этой самой Y-хромосоме присутствует фактор, определяющий наличие семенников, а также если количество мужских гормонов будет достаточным для запуска механизма формирования мужских половых признаков.
Но и это еще не все. У Y-хромосомы очень высокая скорость мутации. Дело в том, что в той части тела, где вырабатываются сперматозоиды, среда не просто кислая, а очень кислая. Сперматозоиды же кислоту терпеть не могут, потому что она их разрушает. Наши неженки предпочитают щелочную среду. Из-за пребывания в кислой среде мужские половые клетки начинают мутировать. Но и на этом злоключения несчастной хромосомы не заканчиваются. Сперматозоиды подвергаются многочисленным клеточным делениям, что тоже ведет к повышению случаев мутации. И при всей такой не сложившейся личной жизни на сперматозоидах лежит очень большая ответственность: закладывать пол будущего человека.
Сексуальные игры хромосом
Иногда природа шалит. Она может наградить человека лишней хромосомой или, напротив, недодать одну. Порой она перемешивает хромосомные наборы матери и плода, или двух близнецов. Подобные эксперименты природы приводят к появлению на свет людей с серьезными генетическими аномалиями. Хромосомные заболевания относятся к малоизученным и на данный момент неизлечимым – управлять наследственностью мы еще не умеем. Медики научились пока только облегчать состояние таких больных гормонозаместительной терапией.
Синдром Суайра
Человеческий эмбрион с кариотипом XY начинает становиться мужчиной только после шестой недели своего развития при условии достаточного количества мужских гормонов. Если вдруг по каким-либо причинам в Y-хромосоме зачатого «мальчукового» эмбриона обнаружится дефект и тестостерон не будет вырабатываться в достаточном количестве или этого гормона в организме матери будет меньше 0,24 нмоль/л, у зародыша могут развиться женские половые органы. По фенотипу (внешним признакам) это будет женщина, а по генотипу (набору генов и хромосом) – мужчина. Именно так проявляется так называемый синдром Суайра.