Дина Эмера – Женщина. Эволюционный взгляд на то, как и почему появилась женская форма (страница 7)

С точки зрения генетики, не так уж сложно перейти от типов спаривания к половым клеткам. У зеленых водорослей есть два близкородственных вида, которые прекрасно демонстрируют этот переход: у одного вида половые клетки одинакового размера, а у второго яйцеклетки и сперма. При этом у них общий набор генов по типам спаривания, унаследованный от общего предка. Генный набор у вида с яйцеклетками и спермой слегка расширен, но ключевое различие кроется в гене, который есть в обоих видах. У вида с одинаковыми по размеру половыми клетками этот ген предотвращает превращение одного типа спаривания в другой. У видов с яйцеклетками и спермой этот же ген работает как контроллер, который обеспечивает развитие сперматозоидов вместо яйцеклеток. В сложных экспериментах по генной инженерии выяснилось, что удаление этого гена у самцов приводит к производству яйцеклеток, а введение его самкам приводит к выработке спермы.

Переход зеленых водорослей к яйцеклеткам и сперматозоидам – лишь один из множества примеров. Механически все не так сложно, учитывая, сколько раз половые клетки эволюционировали. Но важно отметить, что эволюция сперматозоидов и яйцеклеток не всегда приводила к образованию двух полов – довольно часто это заканчивалось появлением гермафродитов. Гермафродиты – это не только персонажи древнегреческой мифологии. Стратегия образования яйцеклеток и сперматозоидов в одном теле довольно распространена среди растений и даже среди некоторых животных (мы уже упоминали рыбу-клоуна). По факту, все, кто переходит к развитию половой системы, сперва являются гермафродитами. А дрожжи, о которых говорили выше, можно представить как квазигермафродитов, производящих в каждом мейозе и a- и α-клетки. Огромное преимущество гермафродитов в том, что у них всегда есть выбор: если другие особи в легком доступе, можно произвести потомство с ними, если нет – можно сделать все в одиночку. Для организмов, которые не могут перемещаться с места на место (например, растения или кораллы), гермафродитизм – идеальная репродуктивная стратегия. Но разнополые особи – большинство животных и некоторые растения – произошли именно от самооплодотворяющихся гермафродитов, так что разнополое размножение точно стоит того. По той же причине, по которой люди избегают появления детей от близких родственников, родственное спаривание или самоопыление у гермафродитов может привести к появлению слабого потомства. Эволюция всегда шла в сторону развития отдельных полов, если дело касается сложных многоклеточных организмов, где вероятность, что в процессе развития что-то пойдет не так, гораздо больше.

Первоначально, когда виды только переходят к разнополому размножению, самки и самцы очень похожи. Но со временем между ними появляется все больше различий, как в средствах, необходимых для образования половых клеток, так и в остальных частях тела. Упомянутые выше зеленые водоросли в зависимости от пола обладают разным наборов генов. Многие различия в телах животных – размер, украшения, поведение – можно объяснить эволюцией яйцеклеток и сперматозоидов. Почему? Потому что производство яйцеклетки энергозатратно, а сперматозоида – нет.

Подумайте о курином яйце. Яйца птиц содержат столько энергии, что наши предки ели их на завтрак задолго до того, как появился наш вид. Курица, откладывая яйцо, многим жертвует, чтобы обеспечить будущего цыпленка необходимой энергией, чтобы тот выжил и передал ее гены дальше. И хотя курица на птицеферме в продуктивный период может нести сотни яиц в год, это не идет ни в какое сравнение с миллиардами сперматозоидов, которые петух выдает за одну эякуляцию. Поскольку производство спермы значительно дешевле в плане затрат ресурсов, у петухов другая стратегия спаривания (особенно в дикой природе, среди особей, которые не отбирались специально для развития в потомстве определенных черт). Для петуха самое выигрышное – поделиться своим семенем с как можно большим количеством кур, поэтому он использует сложные махинации для привлечения внимания самок и отбивается от соперников. Но и курице нужно быть разборчивой в выборе петуха. Она выберет самца, от которого, по ее мнению, родится наиболее живучее и плодовитое потомство. Если выбор будет неверным, вся потраченная энергия уйдет впустую! Она может выбрать самца, который произведет на нее большее впечатление во время ухаживаний (петухи танцуют по кругу, опустив одно крыло), либо петуха с самым большим и ярким гребешком, либо самого крепкого по здоровью.

Яйца птиц по сравнению с яйцеклетками других позвоночных очень большие и особенно богаты энергией. Но в целом это утверждение справедливо для всех видов, размножающихся половым путем и производящих половые клетки. Разница в стоимости производства яйцеклетки и сперматозоида – основная причина многих физических и поведенческих различий между самками и самцами, и это актуально для всех. В список входят как первичные характеристики, непосредственно влияющие на производство яйцеклеток и сперматозоидов, так и вторичные, связанные с принадлежностью к женскому или мужскому полу. Многие вторичные половые различия являются результатом полового отбора – разновидностью естественного отбора, который напрямую зависит от успеха спаривания. Яркий красный гребешок и жаркий танец одного петуха настолько прекрасны, что у него нет отбоя от курочек. Благодаря наследственности у этих кур будут сыновья с такими же ярко-красными гребешками и способностями к танцам, и они будут привлекать кур следующего поколения. Такие виды специфичных для пола физических и поведенческих черт – гребешок и танец самца и привлекательность их в глазах самок – результат полового отбора, который был запущен, когда появилось первое различие между самкой и самцом: размер их половых клеток. Большие и маленькие половые клетки ускорили появление различий, которые сейчас существуют между самками и самцами.

Возвратимся к главному вопросу, заданному в самом начале этой главы: почему существуют именно два пола? Все сводится к вопросу, почему могут быть только большие и маленькие половые клетки, а не что-то среднее? Половые клетки промежуточного размера никогда не попадают в отбор: что-то большее всегда лучше привлекает хорошую сперму и обеспечивает ребенка, а что-то меньшее/более многочисленное всегда лучше доплывает до большего количества яйцеклеток. И сколько бы эволюционных изменений ни претерпевали яйцеклетки и сперматозоиды, конечный результат всегда один: две половые клетки, большая и маленькая.

Мы блуждали в глубинах эволюционной истории, рассматривая события, произошедшие от сотен миллионов до миллиардов лет назад. Давайте на мгновение вернемся в настоящее и зададим (относительно) простой вопрос. Как человек, например мой четвертый ребенок, становится женщиной или мужчиной?

Основную формулу мы знаем – XX-хромосомы развивают плод в женщину, а XY – в мужчину. Вы берете X-хромосому от матери и X- или Y-хромосому от отца. Но первые пару месяцев эмбриональной жизни наши половые хромосомы особо ни на что не влияют. В начале у нас есть потенциал стать и женщиной, и мужчиной. Действие начинается в ткани под названием гонады, которая станет яичниками или яичками. До шестой недели в гонадах одновременно активны как женские, так и мужские генные программы. Ранний эмбрион также образует женские и мужские половые протоки, готовясь к любой судьбе.

В Y-хромосоме находится ген SRY. Его еще называют главным переключателем, и вот почему. Проявление активности этого главного гена-переключателя в гонаде ребенка склоняет чашу весов в сторону мужской судьбы. Если вы унаследовали Y-хромосому, переключатель включается на шестой неделе, и мужское начинает брать верх, направляя энергию в сторону яичек и подавляя развитие яичников. Без проявления активности этого гена все с точностью наоборот, баланс смещается в сторону яичников.

Не хочу, чтобы у вас сложилось впечатление, что развитие яичников – это пассивная функция. В женской генной программе есть целый набор генов, который способствует развитию яичников и активно подавляет развитие семенников, но если он отсутствует или работает неправильно, яичники не развиваются. На X-хромосоме есть антисеменниковый ген, когда он активируется, семенники не развиваются. Мне бы хотелось назвать его «X-фактором», чтобы иметь аналог «главного переключателя», но для успешного развития яичников вместо яичек нужен целый набор генов. У семенников такая же история, но поскольку SRY находится в хромосоме, которую несут только мужчины, этот ген расположен на верхнем каскаде генной конструкции и действует как главный переключатель в определении пола.

Примечательно, что SRY – правда, всего лишь переключатель, как только семенники сформируются, ген отключается. Но как тогда развиваются половые признаки в других частях организма, включая половые протоки, гениталии и мозг?

Любой, кто пережил период полового созревания, знает, насколько сильны половые гормоны, но многие из этих гормонов активны и у развивающегося в утробе ребенка. После того как у эмбриона формируются семенники или яичники, начинают вырабатываться гормоны, которые посылают феминизирующие или маскулинизирующие сигналы другим развивающимся тканям организма. У зародыша мужского пола яички начинают вырабатывать тестостерон и другие гормоны, которые приводят к завершению развития мужских половых протоков и наружных половых органов, а женские половые протоки регрессируют. У женщин яичниками вырабатывается эстроген, он запускает развитие фаллопиевых труб, матки, шейки матки, влагалища и вульвы. На эту работу уходят недели: самые ранние генитальные различия на УЗИ можно наблюдать на двенадцатой-четырнадцатой неделе беременности.