Текст книги "Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии"

Автор книги: Алексей Алексенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 27 страниц) [доступный отрывок для чтения: 12 страниц]

Нетти Стивенс изложила свою гипотезу в статье, опубликованной в 1905 году. В том же году вышла и статья Эдмунда Бичера Уилсона, который, так уж случилось, написал примерно о том же самом. Сейчас считается, что открытие сделано двумя учеными независимо, и, судя по всему, так оно и было. Томас Морган видел ситуацию иначе. С одной стороны – известный корифей-цитолог, к тому же бывший декан. С другой – подчиненная Моргана, никому не известная сорокалетняя исследовательница, почти лаборантка.

Всего через семь лет Стивенс умерла от рака, и тогда Морган опубликовал свой некролог, несколько омрачивший его репутацию в глазах историков науки. То есть некролог-то он все-таки написал и даже опубликовал в Science, однако представил научные достижения Стивенс в следующих терминах: «Мисс Стивенс внесла свою долю в значимые открытия, и результат ее работ станет лучшей памятью о ней – те мелкие детали, без которых невозможно осуществление общего дела». «Внесла свою долю» и «мелкие детали» – это очень красноречиво. Фраза Моргана цитируется до сих пор практически во всех текстах, посвященных Стивенс и ее открытию, и она призвана преподать ученым всего мира грустный урок: можно заслужить признание огромным многолетним вкладом в науку, а потом испортить себе биографию одной фразой, в которой вдруг вылезет ваше самодовольное нутрецо. Оно есть у всех, просто надо его всемерно сдерживать.

Как бы там ни было, в 1905 году было открыто хромосомное определение пола. В те годы в представлениях Стивенс и ее современников все выглядело так: вот самцы, у них есть пара хромосом Х и Y. Вот самки, у них есть пара хромосом Х и Х (кстати, именно Стивенс, а не Уилсон, впервые увидела эти ХХ в женских клетках человека). В хромосоме Х находятся женские гены, в хромосоме Y – мужские гены, и мужские, строго по Менделю, «доминируют» над женскими. Мужские половые клетки несут или хромосому Х, или Y, и от того, какая из них сольется с женским яйцом, зависит пол зародыша – опять же ХХ или ХY. И конечно, таким образом задается соотношение полов в потомстве – строго 1: 1. А поскольку эти хромосомы явным образом не участвуют в мейозе, то мужские и женские гены никогда не рекомбинируют, то есть не перемешиваются. Или мужчина, или женщина, никаких промежуточных вариантов.

Все это выглядело так просто и гениально, что легко было заподозрить тут мудрый замысел Творца. А вот понять, как такую совершенную машину мог выковать естественный отбор, было как раз совсем непросто. Однако уже несколько лет спустя в картине обнаружились дефекты. Вот, например, мужские гены: оказалось, что ни у мучного хрущака, ни у дрозофилы никаких мужских генов – да и вообще практически никаких генов – на Y-хромосоме нет. Она действительно определяет пол, однако другим способом: тем, что замещает Х-хромосому, которых без нее было бы две, а с ней – всего одна. У человека на Y-хромосоме гены есть, и один из них – знаменитый SRY (Sex-determining Region on Y), который действительно играет важную роль, но и тут все куда сложнее, чем казалось вначале.

Дальше – больше: у некоторых организмов, как оказалось, Y-хромосомы нет вообще, а вместо нее есть пустое место. Этот механизм определения пола так и называется – Х0. А у птиц, части насекомых, рептилий и даже некоторых растений есть другая система определения пола – ZW, в которой одинаковые половые хромосомы ZZ оказываются как раз у самцов (это называется «гомогаметный пол»), а разные Z и W – у самок («гетерогаметный пол»). А потом вдобавок ко всему выяснилось, что все эти хромосомы вовсе не родственны друг другу, а возникали в эволюции много раз, совершенно независимо. Мудрость Творца пришлось поставить под сомнение, зато всем стало интересно, как же все это возникло. И как, в конце концов, оно работает.

БИБЛИОГРАФИЯ

Bachtrog D., Mank J. E., Peichel C. L., et al. Tree of Sex Consortium. Sex Determination: Why so Many Ways of Doing It? PLoS Biology. 2014. 12(7): e1001899.

Borgia G. Sexual Selection in Bowerbirds. Scientific American. 1986. 254(6): 92–101.

Bull J. J. Sex Determining Mechanisms: An Evolutionary Perspective. Experientia. 1985. 41(10): 1285–1296.

Carey S. B., Laramie A., Harkess A. The Contributions of Nettie Stevens to the Field of Sex Chromosome Biology. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 2022. 377(11850): 20210215.

Dirk H., Spennemann R. Biology, Ecology and Distribution of the Date Stone Beetle, Coccotrypes dactyliperda (Coleoptera: Curculionidae). Zoology in the Middle East. 2019. 65(2): 163–182.

Fisher R. A. The Genetical Theory of Natural Selection. Ed. J. H. Bennett. Oxford: Oxford University Press, 1999.

Morgan T. H. The Scientific Work of Miss N. M. Stevens. Science. 1912. 36(928): 468–470.

Глава семнадцатая, в которой выясняется, как все работает
Определение пола у человека

Есть два способа рассказывать о молекулярной биологии – увлекательный и скучный. Первого способа придерживался мой преподаватель Юрий Павлович Винецкий. Он считал, что студент должен быстренько повторить тот самый путь познания, который до него прошла большая наука, и дойти собственным умом до того, как постепенно из простых опытов возникает знание. Студенты получали оттиски настоящих научных работ и, высунув от напряжения языки, разбирались, как в середине ХХ века Сеймур Бензер (1921–2007) проникал в структуру генов, просто подсчитывая прозрачные пятнышки на чашках Петри. Сам Юрий Павлович в своих малиновых брюках, поражавших воображение студенток, выходил в коридор курить одну за одной папиросы «Север» (тогда еще можно было). А мы имели шанс постичь, как придумываются эксперименты и что означают их результаты.

К сожалению, увлекательный способ не универсален: во времена Бензера во всем мире существовало, наверное, около сотни исследовательских групп по молекулярной генетике, сейчас их сотни тысяч, и в каждой своя интрига и драматургия, своя романтика гениальных идей, глупых ошибок, тупиковых направлений и блестящих открытий. Общая картина складывается из совсем мелких кусочков, и на все кусочки времени ни у кого не хватит. Поэтому, чтобы хоть как-то приоткрыть читателям современное положение вещей, приходится прибегать к скучному способу, который выглядит примерно так: «Белок SF1 с помощью своего цинкового пальца связывается с регуляторной областью гена SRY, активируя его транскрипцию…» Сейчас нам придется воспользоваться этим способом, потому что наша задача именно такова: прежде чем рассказывать дальше о всяких занимательных казусах, связанных с половыми хромосомами, надо разобраться, как на самом деле они работают и как из их наличия или отсутствия следует превращение бессмысленного комка клеток в мальчика или девочку. Лемминги, воробьи и утконосы подождут до следующих глав, а сейчас речь о нас с вами.

Итак, в 1983 году, через три года после того, как профессор Винецкий шармировал моих сокурсниц своими штанами, был открыт цинковый палец. Это такая интересная часть некоторых белковых молекул: выступающая петля из нескольких аминокислот, с которыми связан ион цинка. Этот молекулярный орган умеет нащупывать определенные места в молекуле ДНК или РНК, и, если у белка есть такой палец, он почти наверняка делает что-то важное с нашим драгоценным носителем наследственности. Молекулярные биологи умеют распознавать эту структуру еще на уровне гена, кодирующего белок: определенные мотивы кодирующей последовательности четко указывают, что палец должен быть тут. Видимо, цинковый палец – реликт каких-то дремучих эпох в становлении жизни на Земле, одно из первых изобретений природы, благодаря которым белки и нуклеиновые кислоты учились делать общее дело. С тех пор идея триумфально распространилась по древу жизни: в человеческом геноме около 3﹪ всех генов кодируют нечто, обладающее такими пальцами, то есть белки, взаимодействующие с ДНК вот этим конкретным способом.

Один такой ген есть у нас на 9-й хромосоме. Хромосома обычная, не половая (такие еще называют аутосомами), однако местами она подозрительно напоминает половые Z-хромосомы птиц, чем приоткрывает какую-то тайну своей эволюционной истории. Этот ген кодирует белок под названием SF1. Расшифровывается как «стероидогенный фактор 1» – то есть от этого белка как-то зависит производство гормонов-стероидов, в том числе – и главным образом – половых. В самом начале развития зародыша – человеческого или даже мышиного – этот белок появляется в той части зародыша, который называется генитальным (или гонадным) гребнем. Из гребня потом развиваются семенники или яичники и прочие половые органы. А если белка SF1 нет, то и не развиваются, да и все остальное тоже идет кувырком, и мышонок умирает сразу после рождения.

У белка SF1 есть цинковый палец. Этим пальцем он прощупывает большую бороздку на спирали ДНК – ищет характерные последовательности тех генов, которые должен активировать, нечто вроде «АГГТЦА». И если в клетке есть Y-хромосома, белок находит на ней то, что искал. Эта штука расположена прямо перед геном SRY. Про SRY мы уже упоминали – это Sex-determining Region on Y, «район Y-хромосомы, определяющий пол». На человеческой Y-хромосоме настоящих генов не так много, в основном она состоит из всяких мусорных последовательностей, однако и в этой хромосоме есть своя иерархия. Часть «длинного плеча» – те самые торчащие палочки буквы V или Λ – присоединились к ней, видимо, позже, а вот у самой вершины, или перекрестия, или «центромеры», находится древняя и важная часть, оставшаяся от предковой половой хромосомы. Именно там, на коротком плече, сидит ген SRY.

Найдя его, белок SF1 запускает его работу – чуть-чуть подраспускает спираль, так что на нее может сесть белок РНК-полимераза. Тогда с гена начинает считываться РНК, а потом, уже в цитоплазме, по рецепту этой РНК производится белок. Иногда бывает так, что ген называется одним именем, а белок другим, будто специально, чтобы устроить путаницу. Так и здесь: белок, кодируемый геном SRY, называется TDF, Testis-Determining Factor, то есть «фактор, определяющий тестикулы».

В принципе название это честное: с некоторой натяжкой можно сказать, что этот белок и определяет пол человека. Если, например, в гене SRY произойдет нехорошая мутация, то ребенок, даже имеющий X– и Y-хромосомы, станет девочкой. Это называется синдромом Свайера. А если кусочек короткого плеча хромосомы Y с геном SRY прицепится к хромосоме Х, тогда, наоборот, может получиться мальчик с кариотипом ХХ (синдром де Ла Шапеля).

Как и SF1, белок TDF умеет запускать разные гены, но цинкового пальца у него нет. Зато у него есть «группа высокой подвижности», или HMG, – выступающий из молекулы кусок, который тоже умеет находить нужные места на ДНК, но уже не на большой, а на малой бороздке спирали. Именно мутации в этой самой «группе» и приводят к синдрому Свайера, то есть нарушают всю дальнейшую последовательность событий, которая в норме должна вести к появлению существа мужского пола со всеми полагающимися признаками.

Какие же места находит на хромосомах белок TDF со своей болтающейся «группой высокой подвижности»? Таких мест несколько, но одно из них – определенно самое важное. Этот ген – уже не на половой хромосоме и даже не на 9-й, которая, возможно, таит какое-то родство с половыми, а на совершенно невинной 17-й. Он называется SOX9.

На самом деле SOX – это большое семейство генов, причем их общее название расшифровывается примерно как «родственный SRY, с группой высокой подвижности». Это потому, что и сам SRY относится к этому же семейству, и все они произошли от одного предкового гена. Все они кодируют белки с той самой болтающейся частью, которая умеет связываться с малой бороздкой ДНК и запускать работу разных других генов. Сам ген SOX9 не сидит без дела уже на самых ранних стадиях развития зародыша: он начинает тихонько работать под действием SF1. Но самое важное событие наступает, когда его находит белок TDF. Вместе с SF1 этот белок включает SOX9 уже по-настоящему. Как он это делает?

Разобраться в проблеме удалось только в 2018 году, и сделал это вместе со своими коллегами тот самый британец, Робин Ловелл-Бэдж из Института Фрэнсиса Крика, который в 1990-х первым описал ген SRY, получил за это престижную премию Луи-Жанте и потом десятилетиями копался в интригующих деталях развития пола у зародыша. Сложность тут вот в чем: большинство генов животных заняты тем, что включают, выключают, усиливают или ослабляют друг друга. Когда в начале 1960-х биологи-теоретики пытались оценить число генов человека, у них получалось, что генов должно быть где-то под миллион, – чтобы обслуживать всю нашу сложность, меньшим числом не обойтись. Потом оказалось, что все гораздо скромнее: генов у нас никак не больше 30 000. Однако число «миллион» вскоре тоже появилось. Именно такой величиной оценивается число энхансеров – кусочков генома, через которые происходит управление работой генов. На один ген человека приходится в среднем полсотни энхансеров, которые обычно располагаются, как говорят биологи, «выше по течению», то есть перед началом самого генетического «текста», однако порой довольно далеко от этого самого начала. Таким образом, один наш ген может участвовать в полусотне разных механизмов регуляции. Потому-то мы такие сложные.

Энхансеры гена SOX9 рассеяны на участке хромосомы длиной почти 2 млн «букв». Это примерно три средних романа Агаты Кристи. Тот единственный энхансер, с которым связывается белок TDF, как потом выяснилось, имеет длину 557 букв. Это длина короткого абзаца, в котором скрывается ключ к разгадке, кто же там убийца. Вот и представьте себе, каково будет искать этот единственный абзац в трех детективных романах сразу. Но Ловелл-Бэдж его нашел – в полумиллионе букв-нуклеотидов от начала самого гена. Если этот кусочек удалить из генома (разумеется, у мышей, а не у человека), вся предыдущая кухня с SF1 и SRY оказывается тщетной: мальчики не получаются. Получаются только девочки. Вся огромная (сравнительно) Y-хромосома, о которой так любят рассуждать научные журналисты, оказывается бессильной перед пятьюстами пятьюдесятью семью буквами на 17-й, которые и предопределяют появление мужчины. Примерно столько букв в стихотворении Ларисы Рубальской «Мне приснился ласковый мужик». Если вы знаете эти стихи, то поймете, о чем я, а нет – так и не надо.

Итак, ключевое событие в цепочке, приводящей к рождению человека определенного пола, происходит на 17-й хромосоме примерно на пятой неделе развития зародыша. В один судьбоносный день белок TDF вместе с SF1 связывается с «энхансером номер 13» – он же TESCO, или «главная часть специфичного для тестикул энхансера SOX». После этого 17-я хромосома изгибается этакой хитрой петлей, так что этот энхансер оказывается точно напротив начала самого гена. И тогда SOX9 включается на полную, запуская процесс изготовления самца.

Белок, кодируемый SOX9, включает другие гены, нужные для правильного выращивания разных мужских органов. А чтобы уж точно не передумать, этот белок активирует еще и свой собственный ген. Это называется положительной обратной связью, и природа часто прибегает к такому фокусу, когда нужно сделать бинарный выбор – или так, или этак, а всякая половинчатость или остановка на полпути смерти подобна. Когда нужно отрегулировать что-то точно, чтобы было не много и не мало, годится другой вариант – отрицательная обратная связь, и тогда природа часто устраивает так, чтобы белковый продукт гена заглушал этот самый ген. А когда кодируемый геном белок сам же усиливает работу собственного гена, это ситуация выбора «или пан, или пропал». Такая идея применяется в природе повсюду: в моем любимом плесневом грибе аспергилле, например, положительная обратная связь используется при запуске спороношения. Или мы продолжаем расти горизонтально и кушать субстрат, или мы растем вверх и делаем споры, но решить надо сейчас, «на берегу», и потом не колебаться.

Теперь, наверное, стало понятнее, как в разных ветках жизни совершенно разные последовательности ДНК брали на себя функцию половых хромосом, а кое-кто, например крокодилы, научился и вовсе обходиться без них. Изогнуть свою хромосому так, чтобы запустился SOX9, можно в ответ на разные команды, и независимо от внешнего сигнала результат будет один – принятие решения о том, кем быть, мальчиком или девочкой. И если в этом механизме что-то поломается, наступают печальные последствия: рождается ребенок с нарушениями полового развития. Такое, увы, случается у одного из примерно 5000 младенцев, и работы Ловелла-Бэджа помогут разобраться, что в таком случае можно сделать.

Вот мы и рассказали о том, как в человеческих клетках, в генитальном гребне зародыша, принимается решение о том, кем станет этот зародыш, мужчиной или женщиной. Теперь, когда читатель на пробу окунулся в пучину биологической сложности, можно вернуться на поверхность, к предметам более легковесным и занимательным. Например, к вопросу об эволюции половых хромосом.

БИБЛИОГРАФИЯ

Cassandri M., Smirnov A., Novelli F., et al. Zinc-Finger Proteins in Health and Disease. Cell Death Discovery. 2017. 3: 17071.

Gonen N., Futtner C. R., Wood S., et al. Sex Reversal Following Deletion of a Single Distal Enhancer of Sox9. Science. 2018. 360(6396): 1469–1473.

Kamachi Y., Kondoh H. Sox Proteins: Regulators of Cell Fate Specification and Differentiation. Development. 2013. 140(20): 4129–4144.

Kashimada K., Koopman P. Sry: The Master Switch in Mammalian Sex Determination. Development. 2010. 137(23): 3921–3930.

Li X., Han M., Zhang H., et al. Structures and Biological Functions of Zinc Finger Proteins and Their Roles in Hepatocellular carcinoma. Biomarker Research. 2022. 10(1): 2.

Mallik R., Kundu A., Chaudhuri S. High Mobility Group Proteins: The Multifaceted Regulators of Chromatin Dynamics. Nucleus. 2018. 61(3): 213–226.

Sarkar A., Hochedlinger K. The Sox Family of Transcription Factors: Versatile Regulators of Stem and Progenitor Cell Fate. Cell Stem Cell. 2013. 12(1): 15–30.

Sekido R., Lovell-Badge R. Sex Determination and SRY: Down to a Wink and a Nudge? Trends in Genetics. 2009. 25(1): 19–29.

Sinclair A. H., Berta P., Palmer M. S., et al. A Gene from the Human Sex-Determining Region Encodes a Protein with Homology to a Conserved DNA-Binding Motif. Nature. 1990. 346(6281): 240–244.

Глава восемнадцатая, в которой противоположные воробьи притягиваются
Возникновение половых хромосом

На самом деле нам повезло: механизм хромосомного определения пола у человека, который нам по понятной причине интереснее всего, строен и логичен. Если бы все в природе было устроено так складно, сложно было бы спорить со сторонниками «разумного замысла». И наоборот, эволюционисту здесь негде развернуться, потому что вообще непонятно, с чего бы такому совершенству еще куда-то эволюционировать.

К счастью, подавляющее большинство живых тварей совсем не таковы: вместо стройности и логики мы видим нагромождение странностей, выдающее полное отсутствие плана и перепады настроений у прораба. Сейчас мы по очереди разберем несколько примеров, когда хромосомное определение пола так или иначе дает сбой или просто выглядит странновато. Но в этих странностях, как было сказано, есть своя прелесть: по ним можно судить о творческих методах эволюции.

Итак, на авансцену выходит белошейная зонотрихия Zonotrichia albicollis, она же белогорлый воробей, она же воробьиная овсянка, она же белогорлый подорожниковый вьюрок. Одним словом, маленькая певчая птичка, обитающая в Канаде, а на зиму перелетающая в США вплоть до Флориды и Техаса. Сразу придется сделать отступление и рассказать, как недавно зонотрихия наделала шуму в прессе. Дело в том, что канадские патриоты всегда гордились своим воробьем, поскольку он, как они думали, воспевал их родную страну в песне. В этой мелодии им отчетливо слышались слова: «O-oh, sweet Canada, Canada». Любознательные читатели могут послушать этот мотив сами (https://ebird.org/species/whtspa/CA-ON) и согласиться с канадцами или оспорить их трактовку. Впрочем, франкофонные жители Квебека слышат в песне воробья совсем другое, более соответствующее жанру брачного призыва, каковым эта песня и является: «Ou es-tu, Frederique, Frederique?!»

Как бы то ни было, с начала ХХI века зонотрихии все чаще стали петь по-другому, заканчивая песню не тремя, а двумя короткими нотами. Получалось «sweet Cana» или даже «sweet Texas», что, конечно, больно ранило нежные канадские сердца. Оказалось, что моду на новую песню принесли зонотрихии с запада континента, из-за Скалистых гор, с которыми восточные зонотрихии встречались на зимовке. Песня с двумя финальными нотами понравилась самкам и начала триумфально распространяться. Если дело и дальше пойдет такими темпами, лет через десять весенними рассветами уже никто не будет воспевать своим щебетом милую Канаду. А возможно, воробьиная мода, сделав виток, вернется к проверенной временем классике.

Эта история тоже имеет отношение к половому размножению, точнее, к половому отбору, но мы вспомнили о зонотрихии не из-за нее. И тем более не из-за странной способности воробьиной овсянки не спать во время перелетов по много-много суток (как видим, птичке есть чем гордиться, кроме своих половых причуд). Зонотрихия пришла в наше повествование как пример редкого эволюционного процесса, когда пара хромосом, служившая в качестве половых, на наших глазах, возможно, пытается передать свои функции другой паре. Именно такую гипотезу выдвинула Элейна Татл (Elaina Tuttle), посвятившая белогорлому воробью четверть века своей научной карьеры и безвременно скончавшаяся от рака в 2016 году, сразу после публикации своей самой звездной статьи.

Элейну заинтриговало следующее обстоятельство: есть две разновидности зонотрихий, которые различаются, во-первых, окраской, а во-вторых, половым поведением. У первой разновидности на голове есть яркие белые полоски. Самцы с такими полосками поют громко и много и вообще очень активны в поисках самок. Однако, когда доходит до семейной жизни, они оказываются весьма безалаберными и нередко покидают своих птенцов, оставляя их на попечение матери. Впрочем, белые полоски бывают и на головах самок, и такие дамочки также не отличаются постоянством в любви и прилежанием в материнстве.

У других зонотрихий полоски на голове бежевые. Самцы с таким украшением куда менее склонны к донжуанству, зато отличаются абсолютной преданностью родному гнезду и детям. Самки с бежевыми полосками тоже домовиты и чадолюбивы.

Кто-то может подумать, что если самец и самка с бежевыми полосками встретятся, то у них-то и возникнет идеальная семья, где все яйца хорошо высижены, а птенцы живы, сыты и поголовно достигают птичьей зрелости. Зато уж у белополосых самца и самки – сплошная свободная любовь, свинг и обездоленные дети. Но нет! Самки с бежевыми полосками вообще не смотрят на самцов своего типа окраски: им подавай белоголовых распутников. И наоборот, белоголовые самки-вертихвостки все как одна отдают предпочтение самцам с бежевыми полосками на голове, славным своей добродетелью.

Доктор Татл начинала свое исследование в конце 1980-х, когда и речи не было о том, чтобы расшифровывать геномы каких-то не слишком важных для человечества птах. Но Элейна проводила каждое лето на Клюквенном озере в штате Онтарио, неподалеку от границы с США, где лично вникала в интимную жизнь зонотрихий. Иногда приходилось и грубо вмешиваться в нее по праву исследователя: так, доктор Татл стала, наверное, единственным в мире зоологом, освоившим технику забора спермы у самца воробьиной овсянки.

Вскоре Элейна Татл убедилась, что предположения верны: зонотрихии с белыми полосками и зонотрихии с бежевыми полосками практически никогда не образуют пары с себе подобными. Можно пофантазировать, чем такое свойство могло бы понравиться естественному отбору: пары птиц-распутников наверняка не достигали бы желаемого успеха в выращивании птенцов, а добродетельные, но застенчивые зонотрихии могли иметь сложности на стадии знакомства и флирта. На самом деле это никому не известно, но и не так уж удивительно. По-настоящему интригующий момент в другом.

Распутство или верность домашнему очагу – это стратегии размножения, а полоски на голове – признаки, по которым об этих стратегиях могут судить соплеменники. В наших прошлых беседах мы пришли к тому, что само существование двух, и именно двух, полов – следствие разделения таких стратегий на взаимно дополняющие противоположности. Другими словами, и сами полоски, и повадки их носителей – это вроде бы признаки пола. Когда мы рассуждали о принципе Бейтмана, о стратегиях «принцесс» и «профурсеток», то без всяких объяснений предполагали, что все это неразрывно связано с полом. У зонотрихии же все по-другому: половое поведение и сам пол как-то перпендикулярны друг другу.

Ясно, что «цвет полосок на голове», «верность партнеру» и «склонность к выбору партнера с определенным цветом полосок на голове» – это все совершенно разные вещи и уж никак не могут определяться одним геном. Генов, видимо, несколько. Тем не менее зонотрихии бывают только двух разновидностей, то есть признаки окраски и поведения никогда не перемешиваются – гены не рекомбинируют. Такое, как мы понимаем, бывает с половыми хромосомами, и там это важно, потому что признаки разных полов перемешивать никак нельзя. Но у белогорлого воробья обычные два пола тоже есть, и они-то как раз легко тасуются и с окраской, и с поведением!

Ситуация выглядит так, как будто у этих птичек есть обычные два пола – скажем, М и Ж, задаваемые половыми хромосомами, – у птиц это ZZ или ZW соответственно. А еще есть два «альтернативных пола», назовем их А и Б, задаваемые непонятно чем, но чем-то, тоже удивительно напоминающим половые хромосомы. И спариваться между собой могут только те, кто различается между собой по каждой из этих пар.

На самом деле ради связности изложения пришлось немного слукавить и не упомянуть, что хромосомные различия зонотрихий с белыми и бежевыми полосками были известны очень давно, задолго до того, как Элейна Татл пришла в эту историю. Эти различия – во второй паре обычных, неполовых хромосом, то есть аутосом. Именно там было обнаружено то, что генетики называют инверсией: довольно большой кусок хромосомы был перевернут задом наперед. Элейна Татл выполнила весьма подробный анализ этого куска, который она назвала «супергеном» (в генетике таким словом называются большие фрагменты генома, влияющие на несколько разных признаков, но ведущие себя в скрещиваниях как один ген). Оказалось, что в перевернутом куске действительно содержатся в том числе и гены окраски.

Надо полагать, инверсия такого большого куска хромосомы оказалась не слишком удачным приобретением. По крайней мере, Элейна Татл никогда не видела птичек, у которых были инверсии в обеих хромосомах II пары – видимо, они не жильцы. У птиц с белыми полосками на голове инверсия есть только в одной из двух хромосом II пары. А у птиц с бежевыми полосками обе хромосомы одинаковы, без инверсии. Поскольку самец с белыми полосками (с инверсией в одной хромосоме II пары) всегда спаривается с самкой с бежевыми полосками (с одинаковыми хромосомами II пары), потомство всегда состоит из половины белополосых птенцов и половины бежевополосых. И конечно, из половины яиц вылупляются самки, из половины самцы. Но вот только эти два свойства перемешаны у них случайным образом. При этом благодаря разборчивости зонотрихий в выборе партнера две хромосомы с инверсиями никогда не встречаются в одном геноме, что, несомненно, полезно для вида.

Чтобы обосновать свои выводы, Элейна Татл дождалась того золотого времени, когда расшифровка геномов перестала быть затеей на миллион долларов. И тогда ученой пришлось прочитать ни много ни мало пятьдесят полных геномов воробьиной овсянки, благо ее лабораторный холодильник был полон образцов овсяночьей крови. В частности, ее интересовало, действительно ли инвертированный участок II хромосомы накапливает мутации гораздо быстрее, чем остальной геном. Такого следовало бы ожидать, если белополосые особи и правда никогда не скрещиваются и, стало быть, инвертированные хромосомы никогда не проходят через мейоз и рекомбинацию. Даже ничтожной доли скрещиваний между белополосыми воробьями было бы достаточно, чтобы «почистить» инверсию от мутаций. Но нет: мутаций на ней было действительно в разы больше, чем в остальных местах. Заодно стало ясно, почему такая порченая хромосома никогда не встречается в двух копиях и почему белополосым нет смысла скрещиваться между собой – ведь тогда многие птенцы оказались бы нежизнеспособными.

Выводы Элейны Татл были таковы: у одного из десятка тысяч видов птиц на Земле на наших глазах эволюционирует новая половая хромосома, и она уже перехватила многие функции (в том числе диморфизм в окраске и поведении), за которые у остальных видов отвечает как раз традиционная пара половых хромосом.

Что ждет белогорлого воробья дальше? Некоторые скептики в своих отзывах на работу Элейны Татл утверждали, что ничего хорошего: виду, которого угораздило завести такую сложную систему репродукции с ограниченным выбором партнеров, нелегко избежать вымирания. Если так, то новая половая хромосома может и не состояться. Но возможно, что в один прекрасный день в далекой Канаде вылупятся птенчики, у которых гены, определяющие развитие половых органов, перескочат с хромосом Z или W на 2-ю, а то и вовсе две хромосомы объединятся в одну большую. Тогда в птичьем царстве появится новая половая хромосома, а зонотрихии окончательно решат для себя, кому у них положено распутничать, мальчикам или девочкам.

Гипотеза о том, что прямо сейчас в самой гуще класса птиц зарождается альтернативная система определения пола, возникла у Элейны Татл не на пустом месте. В следующих главах мы увидим, что все события, о которых шла речь выше, – хромосомная инверсия в одной из аутосомных пар, затруднения с рекомбинацией, быстрое накопление мутаций и потеря генов – происходили в половых хромосомах у предков ныне живущих видов. Это уж точно случалось у наших предков-млекопитающих. Кстати, вот что любопытно: если принцип Бейтмана хоть немного работает, то новый мужской пол у потомков зонотрихий должен бы оказаться более ветреным и склонным к промискуитету, чем женский. Можно ожидать, что он возникнет на базе разновидности с белыми полосками. У таких зонотрихий, как мы узнали, хромосомы II пары разные, то есть этот новый мужской пол будет гетерогаметным. А значит, новая ветвь на эволюционном древе птиц перейдет от определения пола по системе ZW к более близкой нашему сердцу системе XY. Такого с птицами пока вроде бы не случалось. А вот у их (да и наших) предков-рептилий обе системы используются с равным успехом.