Женщины получили новые данные о грядущей утрате мужской хромосомы
Единственная хромосома, определяющая сейчас истории развития животного мира существование мужского пола, может скоро провалиться сквозь землю. Для науки это не секрет, поскольку тенденция налицо: в мужской Y-хромосоме осталось менее 200 генов, тогда как женская X-хромосома владеет практически 1100. Но осознать генетический механизм медлительно текущего процесса американские биологи смогли лишь на данный момент.
О том, что мужским особям угрожает полное вымирание, генетики говорят уже давно. А нынешнее изучение учёных из университета Пенсильвании (Penn State) продемонстрировало, что Y-хромосома, видящаяся лишь у особей мужского пола, эволюционировала значительно стремительнее X-хромосомы, присутствующей у обоих полов.
Утрата генетических элементов Y-хромосомой происходила так скоро, что будь она столь же активна до сих пор, пропала бы мужская хромосома совсем.
У представителей инфракласса сумчатые, к каким относится и кенгуру, от 10 до 32 хромосом (фото Anton Nekrutenko, Penn State).
Напомним, пол других млекопитающих и человека определяется комплектом хромосом, унаследованных от своих родителей. В ядре эукариотической клетки человека 23 пары хромосом, из них одна относится к половым (унаследованное от своих родителей сочетание XX свидетельствует, что перед нами девочка, сочетание XY — мальчик).
У многих млекопитающих расклад такой же, пока из неспециализированного перечня выбился, пожалуй, лишь утконос со собственными десятью половыми хромосомами (итого пять пар).
Определить больше об определении полов и Y-хромосоме, как ни необычно, решились только две… дамы (а ведь изучение-то масштабное). Доктор наук Катерина Макова (Kateryna Makova) и Мелисса Уилсон (Melissa Wilson), научный сотрудник Национального фонда науки США (National Science Foundation), по всей видимости, пошли по стопам второй дамы-генетика, кроме этого предсказавшей когда-то исчезновение мужского начала.
«Существуют три многочисленные отдельные группы млекопитающих: яйцекладущие, такие как ехидна и утконос, сумчатые, такие как кенгуру и опоссумы, и плацентарные. К последним относятся, например, люди, собаки, мыши и жирафы», — говорит в пресс-релизе университета Макова.
X- и Y-хромосомы сумчатых и плацентарных показались на протяжении эволюции из пары неполовых (аутосомных) хромосом.
У яйцекладущих, к примеру у ехидны, X- и Y-хромосома до сих пор практически не отличаются по собственному составу (фото Anton Nekrutenko, Penn State).
«У плацентарных млекопитающих половые хромосомы содержат особенный дополнительный участок ДНК, что у остальных млекопитающих расположен на неполовых хромосомах», — додаёт Катерина.
Большое количество миллионов лет назад куски генетического кода с радостью перемещались между двумя этими участками. Но между 80 и 130 миллионами лет назад процесс остановился. X- и Y-хромосома стали отдельными объектами: одна область кода стала всецело «женской», а вторая — «мужской».
По некоторым данным, это разрешило природе поддержать количество рождающихся самок и самцов в соотношении 1 : 1 (другими словами приблизительно однообразным).
Уже много раз доказывалось, что крайне важные гены Y-хромосома способна обезопасисть от любых посягательств. Тут кроме этого продемонстрировано положение SRY-гена (справа), что запускает процессы определения пола (иллюстрации с сайта wikimedia.org).
Учёные сравнили ДНК половых хромосом у плацентарных млекопитающих и генетический код неполовых опоссума и хромосом утконоса (благо геномы обоих животных сравнительно не так давно расшифровали: 1 и 2).
Это разрешило экспертам возвратиться назад во времени и представить, что же происходило, в то время, когда обмен ещё имел место (в неполовых хромосомах утконосов и опоссумов данный механизм видится до сих пор).
Сравнивая между собой ДНК отдельных хранилищ генетической информации, исследователи взяли эти по трансформациям каждой из них.
Вообще-то процесс определения пола (начиная от эмбриона и заканчивая взрослой особью) – многостадийный. Это ещё раз обосновывает изучение, на протяжении которого мыши с женским комплектом хромосом выросли самцами по виду, поведению и репродуктивным органам (фото Nick Harmsen).
Как пишут биологи в собственной статье в издании PLoS Genetics, по окончании полного разделения половых хромосом тот самый своеобразный участок ДНК X-хромосомы продолжил собственные трансформации в том же темпе, что и неполовые хромосомы, а вот особенный участок ДНК Y-хромосомы «зашевелился» и начал скоро перестраиваться.
Дело в том, что, не имея возможности сопоставлять и обмениваться генами, хромосомы теряют свойство «лечить» появляющиеся недостатки (пары-то больше нет). Потому «поломанные» мутациями гены неспешно разрушаются. Отделившись от X-хромосомы (у которой постоянно будет аналогичная соседка), «мужская» хромосома начала скоро выкидывать ненужные более составляющие.
(Напомним, что X-хромосоме плацентарных при разделении также было нужно несладко: природа по сути законсервировала её состав, дабы не появилось ненужного числа копий генов. Как раз по данной причине мутации и их закрепление у самок имеют место по большей части в аутосомах.)
Вот такая забавная картина украшает страницу сайта лаборатории Маковой, посвящённую изучениям. Учёные продемонстрировали, что частота мутаций (как хороших, так и отрицательных) у мужчин выше, чем у дам, но понижается с возрастом (иллюстрация с сайта psu.edu).
В то время, когда учёные осознали, что Y-хромосома эволюционирует и «сокращается» стремительнее, они решили узнать, отчего же она существует до сих пор.
«Мы пологали, что в „мужской“ хромосоме присутствуют очень важные гены, к примеру, те, что определяют появление спермы. Остальные несущественные для выживания составляющие выпадают. Исходя из этого мы и видим такую отличие числом генов некогда аналогичных X- и Y-хромосомы», — говорит Уилсон.
И не обращая внимания на то что выбрасывание наследственных составляющих длится, ещё присутствуют гены, каковые сохранились в течение столь продолжительного времени. Они, вероятнее, ответственны для выживания организмов, потому-то и существует Y-хромосома сейчас.
Помой-му всё легко и правильно, но догадку нужно было проверить. За что и взялись учёные. Сейчас они решили сравнить функции и экспрессию «парных» генов, расположенных на когда-то обменивающихся составляющими участках ДНК.
Y-хромосомы жирафов эволюционируют столь же скоро, как и человеческие (фото Anton Nekrutenko, Penn State).
Если бы гены «мужской» хромосомы были бы хороши от своих товарищей с «женской» (делали бы другую работу), тогда было бы светло: не смогут их заменить «женские» соратники, соответственно, они до тех пор пока ещё играются значительную роль.
«Эта догадка была верной», — говорит Катерина.
Учёным удалось найти на Y-хромосоме необыкновенные гены, но остальные, по словам исследователей, или уже «мертвы», или в недалеком будущем провалятся сквозь землю. Это навело биологов на идея, что «мужская» хромосома всё-таки самоуничтожится.
Катерина Макова родом из Украины, в 1995 году она закончила Киевский университет (фото Penn State).
«Таковой шанс остаётся. Это, само собой разумеется, не означает, что все мужчины и мужские особи животных провалятся сквозь землю с лица Почвы. Куда более возможно, что ещё одна пара неполовых хромосом отправится в дело.
В следствии образуется новый вид половых хромосом», — поясняет Макова.
Чтобы выяснить, в то время, когда же случится исчезновение Y-хромосомы, учёным нужно совершить дополнительные опыты. Полученные эти они применяют для построения компьютерной модели. Она и продемонстрирует, сколько ещё времени в запасе: миллионы лет либо же лишь тысячелетия.
