Текст уведомления здесь

По средам — мальчик, по четвергам — девочка

Оригинальные способы решения полового вопроса у животных

В спорах, чем отличаются мужчины и женщины и так ли сильны эти отличия, ломается немало копий. Если бы братья наши меньшие умели читать, они бы здорово посмеялись над этими дискуссиями: многие животные вовсе не имеют пола или меняют его в зависимости, например, от температуры. «Чердак» предлагает читателям расширить представления о половом вопросе.
Добавить в закладки
Комментарии
Мы привыкли, что пол — это изначальная характеристика, которая зависит от половых хромосом, полученных от мамы и папы. Но за миллионы лет природа изобрела массу других способов определять, вырастет организм в самца или самку. Разнообразие вариантов впечатляет.

Гены

Пожалуй, самый «традиционный» способ определения пола — генетический. У зародышей позвоночных изначально развиваются первичные гонады — половые железы, которые затем становятся либо яичниками, либо семенниками. По какому пути пойдет развитие желез, определяется составом хромосом. Те хромосомы, которые принципиально не отличаются у самцов и самок, называются аутосомами (соматическими хромосомами). Помимо них в клетках присутствуют половые хромосомы, и пол зародыша зависит от их количества и «разновидности».

Как правило, у животных конкретного вида есть два типа хромосом. У человека и млекопитающих (кроме ехидны и утконоса) они условно называются X- и Y-хромосомами, у птиц, ряда рептилий, бабочек и многих рыб — Z и W.

Поскольку клетки животных несут по два набора хромосом (один от папы, второй от мамы), в каждой из них находятся либо две одинаковые половые хромосомы, либо две разных. Это и определяет пол организма: в первом случае он гомогаметный, во втором — гетерогаметный. У млекопитающих гомогаметны самки (XX), а самцы гетерогаметны (XY). У птиц — наоборот (ZZ и ZW).

Половых хромосом у человека всего 2 из 46, но они очень важные. Фото: Abogomazova/wikimedia


Когда-то половые хромосомы не отличались друг от друга и были обычными аутосомами. Например, X- и Y-хромосомы млекопитающих приобрели характерные черты 180 миллионов лет назад, а птичьи Z и W — чуть позже, 140 миллионов лет назад. Как правило, половые хромосомы не переходят обратно в соматические. Впрочем, возможны исключения: у некоторых видов дрозофил роль половых хромосом выполняют фрагменты ДНК, весьма похожие на аутосомы других видов. Это означает, что у различных плодовых мушек половые хромосомы возникали как минимум независимо, как максимум — некоторые из них «раздумывали» выполнять столь важную миссию и вновь становились соматическими.

В Y-хромосоме главный ген, который определяет пол, называется SRY. Он кодирует белковый фактор развития семенников. Работа этого фактора приводит к тому, что первичные гонады становятся семенниками, в них образуются сперматозоиды. Если SRY нет или он по каким-то причинам неактивен, из первичных гонад развиваются яичники, они вырабатывают ооциты (яйцеклетки). Если SRY окажется на X-хромосоме, то млекопитающее станет самцом, даже если его клетки не несут Y-хромосом (хотя детей такой самец иметь не сможет). У людей эта патология встречается с частотой 4-5 случаев на 100 тысяч и называется синдромом де ля Шапеля.

SRY не единственный ген, от которого зависит работа половых желез. У самок японской рыбки медаки активность гена foxl3 определяет, какие гаметы будет вырабатывать животное. В яичниках самки с выключенным foxl3 образуется множество сперматозоидов и очень мало яйцеклеток. Внешний вид животного и строение яичников при этом не меняется, так как foxl3 действует на уровне клеток — предшественников гамет.

С W-хромосомой птиц все сложнее. Как оказалось, она вообще не несет генов, активность которых влияет на развитие по типу самки. Пол у птиц определяет ген DMRT1. Он расположен на Z-хромосоме, которая есть и у самок, и у самцов. Причем важен не сам факт его наличия, а то, сколько копий этого гена содержится в клетке. У самцов копий DMRT1 больше, так как их клетки несут по две Z-хромосомы. Белок, кодируемый геном DMRT1, способствует развитию семенников. Если у зародышей кур искусственно снизить уровень экспрессии DMRT1, они разовьются в самок.

Половая W-хромосома птиц вообще не несет генов, которые этот самый пол определяют. Фото: Sebastian Knight/shutterstock


Температура

Пол могут определять не только гены, но и условия среды, например температура. У различных видов ящериц, крокодилов и черепах пол зависит от того, в тепле или в холоде были яйца с невылупившимися животными. У ряда черепах самки в потомстве появляются только, когда в гнезде жарко (больше 28°С), у многих ящериц — когда просто тепло (ниже 26°С). Есть предположение, что пол динозавров тоже определялся температурой, поэтому изменение климата так губительно повлияло на них: в какой-то момент перестало хватать партнеров для продолжения рода, потому что самок было гораздо больше, чем самцов, или наоборот.

Очень может быть, что пол этих грозных существ тоже определялся климатом. Фото: metha1819/shutterstock


В наши дни, когда климат очень быстро меняется, виды, у которых соотношение самцов и самок зависит от температуры, потенциально находятся в опасности. Впрочем, некоторые из них умеют менять пол несколько раз в жизни. Один из примеров — кораллы вида Ctenactis echinata. Когда море чересчур прогревается, женские особи этих кораллов становятся мужскими, а когда температура понижается до оптимальных значений, C. echinata возвращаются к строению по женскому типу. Такая гибкость помогает кораллам выживать: высокая температура воды неблагоприятна для них, а женские особи тратят больше энергии на поддержание гонад, так что самцом на жаре быть экономнее.

Гены и температура

У некоторых видов пол определяется и генами, и температурой. Среди них камбалы, бородатые агамы и сцинки. Половые хромосомы запускают развитие гонад эмбрионов по мужскому или женскому типу, однако решающую роль играют условия, в которых находятся яйца и икринки.

У камбалы при повышенной температуре воды «хромосомные самки« (ZW) развиваются в псевдосамцов и могут спариваться с «настоящими» самками, давая потомство. В новом поколении соотношение самцов и самок меняется, поскольку большинство ZW-особей из этого потомства независимо от температуры снова будут становиться псевдосамцами.

Камбала «решает», самцом ей быть или самкой, ориентируясь на климат. Фото: Hans Hillewaert/wikimedia


У бородатых агам ситуация обратная. В жарких условиях при любом наборе половых хромосом из яиц агам появляются самки. Они скрещиваются с нормальными самцами и приносят потомство, у которого нет W-хромосомы. Генетически все эти ящерицы — самцы, однако на деле их пол определяется температурой инкубации яиц. Так что, если глобальное потепление продолжится, мы рискуем навсегда лишиться бородатых агам.

По числу факторов, определяющих пол потомства, безусловно лидируют сцинки вида Bassiana duperreyi. Пол этих животных зависит от набора половых хромосом, температуры инкубации яиц, а также от количества желтка в них: его больше в яйцах с самками внутри. Если оставить кладку сцинков в прохладном месте, почти из всех яиц вылупятся самцы, а если перенести часть желтка из крупных яиц в мелкие (биологи хорошо умеют проделывать подобные манипуляции), из последних появятся самки. В обоих случаях генетически сцинки могут быть любого пола.

Все подряд

Температура не единственный фактор среды, направляющий развитие гонад. Пол живущих в Западной Африке цихлид вида Pelvicachromis pulcher определяется pH воды, в которой они растут, будучи мальками. Кроме того, pH влияет на половое поведение самцов: когда кислотность воды оптимальна для того, чтобы из мальков в основном развивались самки, редкие самцы становятся полигамными. Если же кислотность такова, что появляются преимущественно самцы, все они как один становятся «однолюбами». И это не беспричинные прихоти самцов, а стратегия, которая позволяет получить максимальное количество потомства в любых условиях.

Пол рыбок-цихлид зависит от того, насколько кислая вода, в которой они живут. Фото: Pelvicachromis pulcher/wikimedia


Еще более экзотический пример — действие бактерии — внутриклеточного паразита Wolbachia на бабочек-геликонид рода Acraea. Вольбахии оставляют в живых у насекомых исключительно самок, потому что могут развиваться только в яйцах. Микроорганизм не может изменить пол будущей бабочки, зато он уничтожает эмбрионы мужского пола. К тому же вольбахия изменяет поведение насекомых: зараженные неоплодотворенные самки Acraea сбиваются в стаи, хотя в норме стаи образуют самцы. Вольбахии влияют и на развитие ряда ос-наездников, которые размножаются партеногенетически, то есть без участия самцов. Бактерии не дают неоплодотворенной гаплоидной зиготе поделиться до конца — в результате все клетки зародыша содержат двойной набор хромосом. У ос диплоидны только самки, соответственно, зараженные вольбахией эмбрионы самцами быть не могут.

Паразитические бактерии вольбахии взяли на себя определение пола у бабочек. Фото: see Source/Meyer A, PLoS Biology


Можно ли вообще обойтись без пола и полового размножения? Долгое время считалось, что у всех многоклеточных животных есть специализированные половые клетки, которые образуются путем мейоза. Не так давно выяснилось, что этот тип клеточного деления доступен не всем. Бделлоидные коловратки вида Adineta vaga имеют по четыре копии каждого гена, и строение их генома несовместимо с мейозом. Они образуют яйцеклетки путем митоза («обычное» деление, которое используют неполовые клетки), и зародыши развиваются без оплодотворения. Тем не менее коловратки обмениваются ДНК с другими организмами — бактериями и археями. Это происходит с помощью горизонтального переноса генов. Так что можно сказать, что они «распылили» пол и преимущества, которые он дает, на всех.


Светлана Ястребова
Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы