Клетки организма млекопитающих, обладая женским либо мужским набором хромосом, в остальном неразличимы по полу до определённой стадии развития. Учёные считали, что подобная схема верна для всех позвоночных. Но одно из последних исследований куриц показало – их клетки знают свой пол с самого появления на свет, то есть обладают неизвестной ранее системой определения пола.
Чтобы понять, о чём идёт речь, необходимо вспомнить школьный курс биологии. У млекопитающих по мере развития эмбриона соматические клетки превращаются в клетки мышц, костей и внутренних органов. Однако примерно до седьмой недели жизни они «не знают», к какому полу принадлежат, и это несмотря на определённый хромосомный набор. Определение принадлежности к мужчинам/женщинам начинается с развитием половых желёз (яичников или яичек) и выделения ими соответствующих гормонов. Собственно в переходный период на мужской Y-хромосоме срабатывает ген SRY, который запускает развитие яичек. Дальше за дело берутся гормоны, которые и заставляют клетки организма развивать те или иные половые признаки. За последние 50 лет биологи не раз убеждались, что у всех позвоночных есть этот переломный момент самоопределения.

Не только окраска, но и грудные мышцы, длина серёжки, а также наличие шпоры на лапе свидетельствуют о том, что одна половина туловища всё-таки мужская (фото Nature).

Майкла Клинтона (Michael Clinton) и его коллег из университета Эдинбурга озадачило лишь то, что в хромосомах птиц им никак не удавалось найти тот самый определяющий пол ген.Ситуацию переменил звонок приятеля Клинтона, который заметил над одной из птичьих ферм странно окрашенных птиц: одна их сторона была коричневой (что свойственно для куриц), а другая белой (как у петухов), грудка странно искривлена. Майкл согласился посмотреть.Оказалось, что три обнаруженные птицы были гинандроморфами: их пол был фактически средним – с одной стороны туловища больше мужским, с другой – больше женским.Отметим, что в отличие от людей, у которых XX-набор хромосом делает организм женским, а XY мужским, у птиц половую принадлежность определяют Z- и W-хромосомы (ZW и ZZ наборы соответственно).

Слева показаны результаты анализа половых хромосом кровяных клеток. Справа – среднее соотношение клеток с наборами ZZ и ZW в разных органах разных половин туловища необычных птиц (BM – грудные мышцы, Sk – кожа, Wa – серёжка) (иллюстрация Nature).

Клинтон и его коллеги взяли пробы крови и кожи с обеих сторон тела всех трёх куриц. Учёные ожидали, что с какой-то из сторон будет отсутствовать та или иная половая хромосома, что помогло бы им сузить область поиска нужного гена.Но не тут-то было: клетки обеих сторон содержали как мужской, так и женский наборы хромосом, только на одной части тела верховодили ZZ-наборы, а на другой ZW. Именно такое положение дел и определяло похожесть одной стороны на курицу, а другой – на петуха.Получается, что клетки птиц «знают» свой пол и сами определяют его. До определённой степени им даже всё равно, какие гормоны вырабатывают половые железы организма (гонады), они не принимают их «команды», а ведут себя согласно своему внутреннему распорядку.Британские биологи выяснили, что происходит в нормальных эмбрионах куриц. Оказалось, что уже через 18 часов после оплодотворения, задолго до начала формирования гонад, эмбрионы проявляли свою половую принадлежность (биологи определили это по выработке определённых РНК-молекул).

Схемы детерминации пола у млекопитающих и птиц (иллюстрация Nature).

Чтобы проверить, как они поведут себя в организме «чужого» рода, клетки из эмбрионов, ещё не сформировавших половые железы, поместили в другие развивающиеся эмбрионы, пишут учёные в статье в журнале Nature. Таким образом были получены искусственные гинандроморфы. Спустя неделю выяснилось, что клетки сохранили свою половую принадлежность, функции и не обращали никакого внимания на своё окружение.Не хотят клетки ждать формирования гонад, спешат определиться с полом самостоятельно, а возможно, и сами запускают развитие мужского или женского организма. В пресс-релизе института Рослина биологи даже приводят отдельное название для этого явления: автономная половая идентификация клетки (cell autonomous sex identity).

Гинандроморфизм (Gynandromorph) нельзя путать с гермафродитизмом (Hermaphrodite). Первый является частным патологическим вариантом последнего. Здесь изображены различные примеры гинандроморфизма у бабочек, птиц, крабов и пчёл (фото с сайта daltonstate.edu, dwmaiden/flickr.com, Virginia Institute of Marine Science, MNH/University of Colorado).

В прошлом году другая группа учёных выяснила, что определённое влияние на детерминацию пола оказывает активность гена DMRT-1, расположенного на Z-хромосоме (может, именно его приводят в действие или, наоборот, подавляют клетки).Если ранее догадки учёных о том, что модель полового определения млекопитающих необязательно распространяется на всех остальных позвоночных, оставались лишь предположениями, то «нынешнее исследование впервые чётко показывает, что это верно, по крайней мере для птиц», говорит Крейг Смит (Craig Smith) из Детского исследовательского института Мёрдока (Murdoch Children's Research Institute), группа которого и исследовала DMRT-1.Подтвердится ли, что и другие виды птиц (а также остальные ветви древа животного мира) могут обладать отличными механизмами детерминации пола? Вполне возможно. Особенно если учесть, что гинандроморфизм встречался и у насекомых (бабочек, пчёл, плодовых мушек), членистоногих и даже некоторых сумчатых.



Кстати:

В руки американских исследователей из института морской науки Виржинии (Virginia Institute of Marine Science) попал очень редкий тип краба, которого рыбаки выловили в мае в Чесапикском заливе. Краб является наполовину «мужчиной», наполовину «женщиной». В прошлый раз такое «чудо природы» удавалось поймать в далёком 1979 году. Это явление учёные называют двусторонним гинандроморфом (bilateral gynandromorph): двуполый краб буквально разделён пополам: левая его клешня типично «мужская» синяя, а правая «женская» красная. Его репродуктивные органы разделены подобным образом. Гинандроморф у млекопитающих происходит из-за «сбоя» при раннем делении клетки, когда X-хромосома или Y-хромосома остаются в ядре делящейся клетки.Что же касается ракообразных, то здесь «мужско-женский раскол» изучен плохо: учёные не знают, сколько генов участвует в процессе, какие экологические факторы оказывают влияние и так далее. Специалисты из Виржинии постараются ответить хотя бы на часть вопросов, проанализировав ДНК необычного краба и генетическую структуру его половинок, благо, что он достался им живьём.


Кроме всего прочего, этот краб должен будет «рассказать» о своём сексуальном развитии и размножении. Учёные собираются заставить его выдать все генетические тайны (фото с сайта vims.edu).




И ещё:

Утконос — сплошная загадка природы (иллюстрация с сайта ru.nl).


Фрэнк Грютцнер (Frank Grutzner) и Дженни Грэйвс (Jenny Graves) из Австралийского национального университета (Australian National University) совершили удивительное открытие: утконос имеет десять половых хромосом, тогда как у других животных их всего две.Как известно, у людей пол определяется сочетанием двух хромосом: женской X и мужской Y. Комбинация X и X от двух родителей приводит к появлению на свет девочки, а X плюс Y мальчика.Схожим образом определяется пол у птиц, только соответствующие хромосомы называются иначе. Комбинация Z и W создаёт женскую особь, ZZ мужскую.У утконоса, как оказалось, женская особь рождается при комбинации XXXXXXXXXX, а мужская при комбинации хромосом XYXYXYXYXY. Для животного мира это совершенно уникально.Также исследователи обнаружили, что когда у самца генерируется сперма создаются два её вида с точными правильными последовательностями: XXXXX или YYYYY, соответственно, способные создать при оплодотворении организм того или иного пола.Зачем такая сложная система была создана природой совершенно неясно, поскольку для зашифровки двух полов вполне достаточно двух половых хромосом.Кстати, эти самые X хромосомы у утконоса не простой дубляж они разные и несут разные гены. Потому учёные обозначили их X1, X2 и так далее.Кроме того, авторы работы обнаружили, что по генетическому составу некоторые из этих хромосом близки к половым хромосомам млекопитающих, а другие к половым хромосомам птиц.Что ещё больше добавило загадочности утконосу (и поворотам эволюции, которые его создали), который, кстати, кладёт яйца, но вырабатывает молоко, напоминает строением птицу, но имеет скелет, как у рептилии.



По материалам сайта www.membrana.ru