Изображение Y-хромосомы под электронным микроскопом. Фотография с сайта visualphotos.com.

Загадки Y-хромосомы

Y-хромосома не похожа на остальные 45 хромосом человеческого генома. У нее нет пары, она «собирает» в себе все возможные мутации и многие исследователи уверены, что скоро мужская половая хромосома вовсе исчезнет. Тем более, как выяснилось недавно, для размножения она не очень-то и нужна.

По прогнозам ученых, Y-хромосома человека потенциально может полностью потерять свою функцию и исчезнуть из генома в течение следующих десяти миллионов лет. «Мужская» половая хромосома значительно отличается от других хромосом, и, в частности, от Х-хромосомы тем, что при размножении особи не способна обмениваться генетическим участками. В результате ее наследственный материал обеднел и хромосома накопила мутации, которые передаются из поколение в поколение. Но не стоит паниковать: как показали последние исследования, в будущем люди смогут заводить детей и без участия Y-хромосомы.

Мужская особенность

До недавних пор считалось, что X- и Y-хромосомы появились около 300 миллионов лет назад, однако совсем недавно ученые выяснили, что хромосомное определение пола отсутствовало еще 166 миллионов лет назад.

Согласно наиболее распространенной теории, X- и Y-хромосомы произошли от пары идентичных хромосом, когда у древних млекопитающих возник ген, один из аллелей которого направлял развитие организма по мужскому типу. Хромосомы, несущие этот аллель, стали Y-хромосомами, а вторая хромосома в этой паре стала X-хромосомой. Таким образом, X- и Y-хромосомы изначально отличались лишь одним геном. Со временем, гены, полезные для самцов и вредные или не имеющие значения для организма самок, стали развиваться в Y-хромосоме.

Y-хромосома не рекомбинирует с Х-хромосомой в процессе созревания половых клеток (гаметогенеза), поэтому изменяться она может только в результате мутаций. Полученная в результате генетическая информация не отбраковывается и не «разбавляется» новыми вариациями генов, поэтому практически без изменений передается от отца к сыну на протяжении многих поколений. Со временем количество вредных мутаций неизбежно растет.

В процессе гаметогенеза сперматозоиды подвергаются множественным клеточным делениям, и каждое из них предоставляет возможность для накопления мутаций. К тому же сперматозоиды находятся в высокоокислительной среде яичек, которая способствует появлению новых мутаций. Именно поэтому Y-хромосома «ломается» намного чаще других хромосом.

Стоп распаду «мужской» хромосомы

В процессе эволюции Y-хромосома человека потеряла большую часть изначально имевшихся в ней генов, и сейчас, по разным оценкам, содержит от 45 до 90 генов по сравнению с примерно 1400 генами на Х-хромосоме. Раньше ученые делали прогноз, по которому при подсчитанной скорости потери 4,6 генов на миллион лет, Y-хромосома человека потенциально может полностью потерять свою функцию в течение ближайших 10 миллионов лет.

Но есть и другое мнение: авторы исследования, проведенного в Институте биомедицинских исследований Уайтхеда, что стремительная утрата генов - генетический «распад», которым характеризовалась ранняя эволюция мужской половой хромосомы, сошел на нет, и Y-хромосома останется относительно стабильной в ближайшие десятки миллионов лет.

Исследователи секвенировали 11 миллионов пар нуклеотидных оснований Y-хромосомы макак-резусов. Сравнивая эту последовательность с аналогичным участком на мужской половой хромосоме, а также на Y-хромосоме шимпанзе, ученые пришли к выводу о том, что генетический состав мужской половой хромосомы в течение последних 25 миллионов лет почти не менялся.

По словам одного из авторов исследования, Дженифер Хьюз (Jennifer Hughes), в виду того, что «у человека всего один ген был утрачен Y-хромосомой в сравнении с макак-резусами, мы можем быть уверены в том, что в ближайшие миллионы лет мужская хромосома не исчезнет».

Зачатие без Y -хромосомы

Гавайские исследователи , что для зачатия здорового потомства самцам мышей достаточно всего двух генов из Y-хромосомы. Авторы статьи полагают, что в будущем возможно появление методики, позволяющей обойтись при человеческой репродукции совсем без Y-хромосомы. Кроме того, полученный результат потенциально имеет большое значение для борьбы с мужским бесплодием.

Ученые использовали половые клетки, полученные от самцов мышей, у которых от Y-хромосомы были оставлены только два гена - SRY (Sex-determining Region of Y) - наиболее значимый ген на Y-хромосоме, который отвечает за развитие организма по мужскому типу, выработку мужских гормонов и сперматогенез, и фактор пролиферации сперматогониев Eif2s3y. Как установили исследователи, Eif2s3y- единственный ген Y-хромосомы, требующийся для нормального формирования сперматозоидов.

Полученными мужскими половыми клетками были затем in vitro оплодотворены яйцеклетки с применением метода интрацитоплазматической инъекции (ROSI). Развившиеся эмбрионы имплантировали в матки самок. В результате этой процедуры 9 процентов беременностей закончилось рождением здорового потомства, а у самцов с полной Y-хромосомой этот показатель оказался равен 26 процентам. В будущем, по мнению ученых, можно вообще обойтись без Y-хромосомы в случае ее дефектности. Если на других хромосомах будут найдены гены, взаимодействующие с генами Y-хромосомы, то активация таких партнерских генов теоретически сможет полностью заменить их функции.

Защита от рака?

Недавно в журнале Nature опубликовали данные, обнаружившие, что потеря Y-хромосомы в клетках крови (лейкоцитах), часто наблюдаемая у пожилых мужчин, связана с повышенным риском развития онкологических заболеваний и более ранней по сравнению с женщинами смертностью.

Это явление впервые было описано примерно 50 лет назад и до сих пор его причины и последствия оставались в большей степени невыясненными. Теперь шведские ученые изучили образцы крови 1153 пожилых мужчин в возрасте от 70 до 84 лет, которые наблюдались в клиниках с 40 лет. Как оказалось, мужчины, в большей части образцов крови которых была выявлена утрата Y-хромосомы, жили в среднем на 5,5 лет меньше по сравнению с теми, у кого не наблюдалось такого явления. Кроме этого, увеличение числа таких клеток крови значительно повышало риски мужчин умереть от рака.

«Многие считают, что Y-хромосома содержит лишь гены, вовлеченные в определение пола и производство сперматозоидов, однако на самом деле ее гены также участвуют в выполнении других важных функций, например, они потенциально могут играть роль в предотвращении развития опухолей, - отметили авторы в своей статье. - Наша гипотеза состоит в том, что возрастная потеря Y-хромосомы нарушает иммунную «бдительность» клеток крови, что позволяет опухолевым клеткам бесконтрольно расти и трансформироваться в рак».

Полученные результаты позволяют предположить, что анализ крови на наличие лейкоцитов, утративших Y-хромосому, может стать новым подходом к выявлению повышенного риска развития онкологических заболеваний у мужчин. При этом исследователи подчеркнули, что наличие таких клеток в небольшом количестве не очень опасно, однако их преобладание может указывать на высокий риск развития рака.

Y-хромосома, самый главный мужской половой признак, на редкость подвержена влиянию внешних факторов. Из-за того, что хромосома непарная, она не участвует в рекомбинации и накапливает все мутации, и вредные, и полезные. Ученые не раз предсказывали этому странному генному скоплению скорый конец, но оно все еще держится - как и положено настоящей мужской хромосоме.

Елена Шарифуллина

ТРАГЕДИЯ МУЖСКОЙ ХРОМОСОМЫ

Представьте себе мир, в котором нет места мужчинам. Мир, управляемый женщинами. Скажете, не может быть? А ведь будет...

Мужчины будущего будут отличаться от женщин лишь дефектным набором генов. Возможно, они будут даже плодородны, но только как женщины

Н е зря, оказывается, радикально настроенные феминистки пытались убедить человечество в том, что на самом деле слабым полом являются мужчины. Теперь их поддержала и наука. Недавно один из столпов современной генетики во всеуслышание заявил, что мужчины обречены и уже относительно недалек тот час, когда они полностью исчезнут с лица Земли.

Случится это, если верить профессору, крупнейшему в Оксфорде специалисту по человеческой генетике Брайану Сайксу, не далее как через 125 000 лет. То есть примерно через 5000 стандартных поколений. По современным научным данным, первый человек вида Sahelanthropus tchadensis появился на Земле уже 7 000 000 лет назад.

ЖЕНЩИНЫ, МУЖАЙТЕСЬ!

К неутешительному для мужчин выводу профессор Сайкс пришел после того, как в течение нескольких лет анализировал тенденции развития представителей человеческого вида. За последние несколько столетий генетический материал, отвечающий за «мужскую информацию», оказался в значительной степени разрушенным. И процесс разрушения продолжается.

Виновником этой катастрофы является как раз тот основной кирпичик, который и делает мужчину мужчиной. Единственная непарная хромосома в генотипе человека. Хромосома, появившаяся сотни миллионов лет назад в результате чрезвычайно сложной мутации, механизм которой до сих пор является для ученых-генетиков одной из основных загадок. Хромосома, разделившая животный мир на мужскую и женскую особи. Y-хромосома. Хромосома, которая не умеет исправлять ошибки.

Для тех, кто не силен в генетике, напомним, что генотип человека содержит всех хромосом по паре: одна от папы, одна от мамы - это в примитиве. Члены каждой пары не идентичны друг другу, но очень похожи. Исключение составляет лишь мужская пара половых хромосом: она состоит из двух АБСОЛЮТНО разных частей - женской X и мужской Y.

Именно эта Y-хромосома, возникшая, если верить науке, в результате ошибки (ибо мутация есть не что иное, как ошибка при размножении), и делает мужчин более сильными, более агрессивными и более конкурентоспособными в борьбе за жизнь, чем женщины.

Y-хромосома определяет пол эмбриона через маленькую свою часть, называемую SRY (the Sex-determining Region of the

Y-chromosome - определяющая пол область Y-хромосомы). Кстати, эта самая SRY очень хорошо проявляет себя именно на фоне сильных, волевых личностей. Генетики всегда приводят пример с американскими президентами: 43 американских президента, от Джорджа Вашингтона до Джорджа Буша, произвели на свет 90 сыновей и только 63 дочери.

Но, несмотря на это, согласно Сайксу именно Y-хромосома со своим SRY-участком пребывает сейчас в состоянии все увеличивающихся хаоса и беспорядка, вызванных постоянной цепью распадов и мутаций. Из присутствовавших в ней изначально полутора тысяч генов сейчас в живых осталось лишь тридцать девять. «Как ни тяжело мне это говорить, - признает профессор, - но она обречена».

РЕМОНТУ НЕ ПОДЛЕЖИТ

Причиной такого положения дел является то, что Y-хромосома не способна «излечивать» себя. Остальные гены пытаются компенсировать и минимизировать последствия вредных мутаций за счет того, что в парной хромосоме содержится своеобразный «эталон», по которому разрушенный участок можно «реконструировать». Y-хромосома такой возможности просто лишена, и, следовательно, все «неисправности», которые в ней происходят, не исправляются, а накапливаются. Что и повлечет в конце концов, по словам оксфордского профессора, «смерть хромосомы от множественных ранений». Уже сейчас ученые находят в ней огромное количество поврежденных участков, и со временем это число будет только расти.

Одним из проявлений этого роста является увеличение количества случаев мужского бесплодия. Только за последние полстолетия их количество выросло на треть и составило цифру в семь процентов. По расчетам ученых, через 125 000 лет эта цифра достигнет 99%. В этом случае нормальное зачатие будет просто невозможным. Конечно, можно возразить, что особой проблемы в этом нет, что искусственное зачатие, когда сперматозоид, даже полностью неподвижный, искусственно вводится в яйцеклетку, уже сейчас не вызывает у людей удивления. Но ведь проблема этим не решается, а только оттягивается и переносится на плечи следующих поколений. Отсекая, таким образом, всякую возможность естественного отбора, человечество просто добьется того, что несчастная хромосома вконец высохнет и полностью потеряет какое-либо влияние на организм.

СПАСТИ РЯДОВУЮ ХРОМОСОМУ

Пока ученые говорят о двух возможных способах решения этого непростого вопроса.

Можно пойти по пути, уже подсказанному природой, и постараться разбросать гены, отвечающие за мужские функции, по другим хромосомам. Это позволит довольно существенно продлить жизнь человечества. И ничего особенно фантастичного в этом проекте нет. В предгорьях Кавказа обитает зверек, называемый горной слепушонкой, Ellobius lutescens. У самца этого, похожего на крота-грызуна, нет ни Y-хромосомы, ни SRY-участка, и, несмотря на это, он остается вполне полноценным и продуктивным самцом. Правда, полностью спасти мужской род от вымирания таким способом нельзя, ибо ген, отвечающий за выбор пола, все равно рано или поздно «сломается» окончательно, но увеличить срок его жизни на десяток миллионов лет вполне реально.

Есть, однако, и другой, гораздо более радикальный способ, который приведет в восторг феминисток. Когда-то, еще в 1967 году, Валери Соланс, прославившаяся тем, что чуть не убила Энди Уорхола, прострелив ему легкие и селезенку, основала движение SCUM, название которого расшифровывается как Общество полного уничтожения мужчин. В манифесте SCUM было написано: «...социально активным, не склонным к компромиссам женщинам остается единственный выход - ...полностью уничтожить мужской пол». Возможно, мечтам Валери суждено сбыться. В этом случае зачатие опять будет происходить по искусственной схеме, но в яйцеклетку будут внедряться не мертвые сперматозоиды, а хромосомные наборы, взятые из клетки другой женщины. При таком способе клонирования на свет будут появляться только девочки, а мужчины займут свое место в витринах палеонтологических музеев где-нибудь между птицей додо и сумчатым волком.

Впрочем, наряду с этими двумя путями профессор Сайкс предлагает свой, третий, путь: путь создания особой «адонисовой» хромосомы - X-хромосомы с вмонтированными в нее мужскими генами. У такого способа есть один недостаток: если он будет осуществлен, то на каждую родившуюся девочку в мире будут приходиться три родившихся мальчика. Но зато это будут вполне нормальные, сильные, активные и готовые к репродукции мальчики.

НЕ БОЙТЕСЬ, МУЖИКИ!

Справедливости ради стоит отметить, что не и все генетики согласны с пессимистическими прогнозами профессора Сайкса. Например, группа ученых под руководством доктора Дэвида Пейджа из Института Уайтхед при Технологическом институте штата Массачусетс, исследовав злосчастную хромосому, пришла к выводу, что она таки обладает особым механизмом саморемонта. Согласно Пейджу Y - сама себе пара, она содержит в себе удвоенный набор генов, которых в ней на самом деле не тридцать девять, как считалось ранее, а семьдесят восемь.

Кроме того, Пейдж считает, что даже если допустить, что хромосома действительно гибнет, то по мере гибели будет увеличиваться ее сила. То есть репродуктивных мужчин будет становиться все меньше, зато от оставшихся будут рождаться все больше мальчиков.

Их поддерживает команда австралийских исследователей во главе с доктором Дженни Грейвс из Исследовательской школы биологических наук при Австралийском национальном университете в Канберре. Им удалось посчитать скорость «умирания» Y-хромосомы. Согласно их подсчетам она теряет по пять генов за миллион лет. А раз так, то еще пять-десять миллионов лет у самцов человека в запасе есть. А за это время человечество, наверное, какой-нибудь выход найдет. Если, конечно, живо будет.

Валерий ЧУМАКОВ

- Скажите, профессор! Вы рассказали, что через 5 миллионов лет Солнце достигнет таких размеров, что поглотит Землю. Это правда?
- Нет. Это произойдет только через 5 миллиардов лет.
- А! Ну, слава Богу!

Сегодня в прессе распространены известия о том, что скоро «мир останется без мужчин », что «мужская Y-хромосома — а вместе с нею и весь мужской род — находятся под угрозой вымирания », что «мужчины исчезнут как динозавры », «исчезнут с лица Земли », «исчезнут как биологический вид ». Можно ли верить этим сенсациям? Что такое Y-хромосома и для чего она нужна? Что происходит с ней на самом деле? Правда ли существует угроза для мужского населения? Об этом — данная статья.

Наследственный материал человека организован в 22 пары неполовых хромосом (аутосом) и в две половые хромосомы. Половина хромосом достается нам от отца, половина — от матери. У женщин имеется две X-хромосомы, а у мужчин одна Х- и одна Y-хромосома. На самом деле, картина несколько более сложная. Примерно каждый пятисотый мужчина имеет две X- и одну Y-хромосому (XXY), а каждый тысячный имеет одну X и две Y (XYY). Каждая тысячная женщина имеет три Х (ХХХ).

Наличие более двух половых хромосом не смертельно, но может приводить к нарушениям развития. У XYY-мужчин нарушения выражены незначительно: наблюдаются небольшие ухудшения умственного развития, увеличенный рост, но при этом сохраняется фертильность (способность оставлять потомство). XXY-мужчины, как правило, бесплодны, у них меньше мужского полового гормона — тестостерона, менее развиты гениталии. ХХХ-женщины, как правило, фертильны, в некоторых случаях с отставанием в развитии. Изменение числа копий аутосом значительно более опасно: три копии 21-й хромосомы являются причиной развития синдрома Дауна, утроение любой из остальных хромосом несовместимо с жизнью.

Получается, что пол людей определяется наличием или отсутствием Y-хромосомы: если Y-хромосома есть, получается мужчина, если ее нет — женщина. Такая система определения пола не единственная возможная в мире животных. Например, у плодовой мушки дрозофилы пол определяется числом Х-хромосом и не зависит от наличия Y-хромосомы. У птиц, в отличие от людей, две одинаковые половые хромосомы наблюдаются у самцов, а у самок половые хромосомы разные. У утконоса (уникального яйцекладущего млекопитающего с клювом) имеется целых 10 половых хромосом, которые сцеплены в цепочки по пять: бывают ХХХХХХХХХХ-самки и XYXYXYXYXY-самцы. Более того, одна часть цепочки половых хромосом утконоса имеет сходство с половыми хромосомами птиц, а другая — с половыми хромосомами других млекопитающих.

В очень редких случаях среди людей, грызунов и некоторых других видов млекопитающих можно встретить самца без Y-хромосомы, а так же самку с Y-хромосомой. Было показано, что для определения пола необходима не вся Y-хромосома, а только малая ее часть, всего лишь один ген. Ген SRY, расположенный на Y-хромосоме, отвечает за развитие семенников. Если этот ген «перескочит» на другую хромосому, то может получиться XX-самец. Если в результате мутации ген SRY будет выведен из строя на Y-хромосоме, может быть получена XY-самка.

1991 году в научном журнале Nature была опубликована работа молекулярного биолога Питера Купмана, которому удалось встроить ген SRY c Y-хромосомы мышей в мышиные эмбрионы с двумя Х-хромосомами. Такие трансгенные мыши внешне оказались самцами. Так было подтверждено, что ключевое генетическое отличие между мужчиной и женщиной кроется в одном-единственном гене.

Но как один ген может так сильно повлиять на развитие человека? Оказалось, что ген SRY может активировать другие гены, отвечающие за развитие мужских половых признаков. У самки эти гены выключены, но появление гена SRY может привести к их включению. Иными словами, в геноме каждой женщины есть почти все необходимые инструкции для развития мужчины, но эти инструкции хранятся под замком. Ген SRY — ключ к этому замку.

Хотя работы Купмана показали, что одного гена достаточно, чтобы получить ХХ-мышей со всеми внешними признаками самцов, полученные самцы оказались бесплодны. Это означает, что для полноценного развития самца одного гена все-таки недостаточно. Тем не менее многие ученые склоняются к мнению, что количество генов, важных для развития полноценных мужчин, на Y-хромосоме невелико.

Последние данные свидетельствуют о том, что Y-хромосома стала половой хромосомой примерно 150 миллионов лет назад. Тогда Х- и Y-хромосомы были очень похожи, так же как современные неполовые хромосомы. С тех пор Y-хромосома неуклонно уменьшалась в размерах и утратила около 97% своих генов. Став половой хромосомой, она начала накапливать гены, полезные для мужчин, но вредные для женщин, и постепенно избавляться от всего остального.

Кроме того, Y-хромосома мутирует почти в 5 раз быстрее, чем остальные хромосомы. Считается, что это связано с тем, что появлению мужских половых клеток предшествует большое количество делений. Дело в том, что при каждом делении клеток необходимо копировать хромосомы, чтобы каждой новой клетке достался полноценный набор генетического материала. Но система копирования ДНК не идеальна: при каждом копировании возникают ошибки, своеобразные опечатки, мутации. Y-хромосома в каждом поколении проходит через большое количество копирований, потому что наследуется только через мужские половые клетки, а значит, накапливает больше ошибок, связанных с копированием. Аутосомы наследуются как от мужчин, так и от женщин, а значит, в половине поколений наследуются через женские половые клетки. Вследствие этого они в среднем проходят через меньшее число делений на одно поколение и накапливают меньше мутаций.

Если грубо посчитать скорость исчезновения генов с Y-хромосомы и количество оставшихся на ней генов, можно представить, что Y-хромосома утратит все свои гены примерно через десять миллионов лет. Сегодня ведется дискуссия о том, грозит ли Y-хромосоме полное исчезновение в будущем. Во-первых, опыты Купмана показывают, что Y-хромосома не так уж нужна: если пара-тройка важных для определения пола генов перескочат с Y-хромосомы на аутосому, мы получим новую систему определения пола. В такой системе от Y-хромосомы можно будет избавиться без особых последствий. Действительно, у некоторых видов грызунов в ходе эволюции Y-хромосома была полностью утрачена, что указывает на то, что описанный выше сценарий, действительно, возможен. Другая точка зрения гласит, что ничего с Y-хромосомой не случится. Сегодня показано, что существует ряд эволюционных механизмов, активно сохраняющих оставшиеся на Y-хромосоме гены. Совершено не обязательно, что Y-хромосома продолжит утрачивать оставшиеся на ней гены с той же скоростью, с которой она утрачивала их раньше. Несмотря на наличие разных точек зрения, ученые сходятся во мнении, что уменьшение Y не приведет к катастрофическим последствиям для человечества. Мужчины останутся.

Эта небольшая, на первый взгляд, молекулярная структура, появившаяся почти 300 миллионов лет назад, играет самую решающую роль не только в формировании пола, но и во всей эволюции. Именно она ответственна за размножение, выживание и хранение информации о самых далеких предках.

И хотя мужская хромосома Y содержит намного меньшее количество генов, по сравнению с той же Х хромосомой, - только с ее помощью удалось сберечь самые важные характеристики, присущие как сильному полу, так и человечеству в целом.

Главный ген – SRY

Самым известным геном, расположенным в Y хромосоме, справедливо считается ген SRY. Благодаря ему происходит развитие эмбриона по мужскому типу – так, у плода формируются мужские половые органы. Если же этот ген поврежден, то несмотря на наличие Y хромосомы, вместо мальчика рождается девочка.

Правда, учеными зафиксированы и обратные случаи, когда SRY случайно попадал в Х хромосому (женскую хромосому) и становился причиной рождения мальчика с полноценным женским набором (ХХ).

Хочется напомнить, что сотни миллионов лет назад, еще до попадания гена SRY в мужскую хромосому, пол живого существа зависел только от окружающей среды и природных условий. Подобное развитие сегодня можно наблюдать у черепах – рождение самок или самцов из отложенных ими яиц определяет исключительно температура.

DAZ – гарантия продолжения рода

Ученые полагают, что этот ген появился в мужской хромосоме около 20-40 миллионов лет назад, как раз во времена первых приматов. По их мнению, именно DAZ отвечает за сперматогинез – одну из самых важных функций мужчины.

Соответственно, его повреждение или отсутствие становится причиной бесплодия или малого количества жизнеспособных сперматозоидов.

Почему мы разговариваем

Оказывается, возможностью вербально выражать свои мысли мы наделены также благодаря Y хромосоме. Как показывают недавние исследования, этому способствовал специальный ген PCDHY, появившийся в мужских клетках около 120-200 тысяч лет назад.

Ученые утверждают – с его помощью оболочки нервных клеток стали формироваться определенным образом, что существенно упростило передачу и восприятие информации.

На первом месте – выживание

Следует отметить, мужская хромосома ответственна не только за развитие и продолжение рода - вдобавок она способна обеспечить выживание.

Так, если верить последнему исследованию шведских специалистов, уменьшение количества Y хромосомы в белых кровяных тельцах приводит к преждевременной смерти от различных заболеваний. В то время как достаточное количество мужских структур дает шанс сохранить здоровье и прожить долгую жизнь.

К подобному выводу исследователи пришли в результате многолетнего наблюдения за большим количеством пациентов мужского пола, среди которых находились люди старшего возраста.

Как искать предков

Еще одним важным преимуществом мужской хромосомы является ее способность хранить генетическую информацию о предыдущих поколениях. Так, британские ученые выяснили: люди с одной и той же фамилией очень часто имеют схожие Y хромосомы. Они объясняют это тем, что именно мужчины могут сберечь как первоначальную фамилию, так и генетический код.

Вот почему в попытках восстановить свои корни люди используют передовые технологии, определяющие ДНК, – с их помощью для них открывается удивительная история предков и нередко находятся новые родственники. От любителей прошлого не отстают и современные историки, которые обнаруживают не менее интересные факты о жизни древних народов.

Немного об исчезновении

Всего лишь несколько лет назад служители науки были солидарны и считали, что мужская хромосома со временем исчезнет. Столь печальный факт подтверждали результаты многочисленных исследований, которые показывали – за время своего существования Y хромосома потеряла несколько сот генов.

Тем не менее сегодняшние открытия позволяют с оптимизмом смотреть в будущее – ведь, как подтвердили последние работы биологов, процесс распада приостановился. Так, по словам известного американского ученого Дэвида Пэйджа, последние двадцать пять миллионов лет мужская хромосома была стабильна. Более того, ее наличие гарантировало дальнейшую эволюцию.

Ну а нам в свою очередь хочется надеяться, что главная мужская составляющая не только не останется неизменной, но и станет более совершенной – подарив новые возможности сильному полу и всему человечеству.

avtor : Ольга Волкова, для сайта

Y -хромосома

В организме каждого мужчины присутствует так называемая Y -хромосома, которая и делает мужчину мужчиной. Обычно хромосомы в ядре любой клетки располагаются попарно. Для Y- хромосомы парной является Х -хромосома. При зачатии будущий новый организм наследует всю свою генетическую информацию от родителей (половину хромосом от одного родителя, половину – от другого). От матери он может унаследовать только X- хромосому, от отца – либо X , либо Y . Если в яйцеклетке оказываются две Х- хромосомы, родится девочка, а если Х- и Y- хромосомы – мальчик.

В течение почти 100 лет генетики считали, что крохотная хромосома (а Y -хромосома действительно самая маленькая, заметно меньше Х -хромосомы) является просто «заглушкой». Первые догадки, что хромосомный набор мужчин отличается от такового у женщин, были выдвинуты в 1920-х гг. Y -хромосома стала первой хромосомой, обнаруженной с помощью микроскопа. Но определить наличие каких-либо генов, локализованных в Y- хромосоме, оказалось невозможным.

В середине XX в. генетики преположили, что несколько весьма специфических генов могут содержаться в Y- хромосоме. Однако в 1957 г., на собрании Американского общества генетики человека, эти гипотезы подверглись критике. Y -хромосома была официально признана «пустышкой», не несущей никакой важной наследственной информации. Утвердилась точка зрения, что «Y -хромосома, безусловно, несет в себе какой-то ген, определяющий пол человека, но больше на нее не возложено никаких функций».

Еще 15 лет назад Y- хромосома не вызывала у ученых особого интереса. Теперь расшифровка Y- хромосомы входит в проект по расшифровке генома человека, который осуществляется международной группой генетиков. В ходе исследования стало понятно, что Y -хромосома далеко не так проста, как казалось вначале. Информация о генетической карте этой хромосомы крайне важна, т.к. именно в ней лежат ответы на вопросы о причинах мужского бесплодия.

Исследования Y- хромосомы, возможно, дадут ответ и на многие другие вопросы: Где появился человек? Как шло развитие языка? Что отличает нас от обезьян? Действительно ли «война полов» запрограммирована в наших генах?

Сейчас генетики стали понимать, что Y -хромосома – нечто уникальное в мире хромосом. Она чрезвычайно узко специализирована: все гены, содержащиеся в ней (а их там оказалось около двух дюжин), отвечают либо за производство спермы организмом мужчины, либо за «сопутствующие» процессы. И, естественно, самый важный ген в этой хромосоме – SRY – при наличии которого человеческий зародыш развивается по мужскому пути.

Примерно 300 млн лет назад в природе не существовало Y- хромосомы. У большинства животных была пара Х- хромосом, и пол определялся другими факторами, такими как температура (у некоторых рептилий, таких как крокодилы и черепахи, и в настоящее время из одного и того же яйца, в зависимости от температуры, может вылупиться как самец, так и самка). Затем в организме некоего млекопитающего произошла мутация, и появившийся при этом новый ген стал определять «мужской тип развития» для носителей этого гена.

Ген выжил в естественном отборе, но для этого ему нужно было заблокировать процесс замещения аллельным геном из Х -хромосомы. Эти давние события и определили уникальность Y- хромосомы: она есть только в организмах мужского пола. Исследуя мутации в Y- хромосоме, ученые могут оценить, насколько мужчины из двух этнических групп отдалены (в генетическом смысле) от нашего общего предка. Некоторые из полученных таким способом результатов оказались весьма удивительными.

В ноябре прошлого года отрасль биологии под названием «археогенетика» совершила большой шаг вперед. Ведущий научный журнал, Nature Genetics , предложил новую версию генеалогического древа человечества, основанную на до сих пор неизвестных вариациях, так называемых гаплотипах Y- хромосомы. Эти данные подтвердили, что предки современных людей мигрировали из Африки.

Получалось, что «генетическая Ева», прародительница всего человечества, на 84 тыс. лет старше «генетического Адама», если измерять возраст по Y- хромосоме. Женский эквивалент Y- хромосомы, т.е. генетическая информация, передаваемая только от матери к дочери, известна, как м-ДНК. Это ДНК митохондрий, которые являются источником энергии в клетке.
В течение последних нескольких лет было общепринято, что «митохондриальная Ева» жила около 143 тыс. лет назад, что никак не согласовывалось с предполагаемым возрастом «Адама» 59 тыс. лет.

На самом деле противоречия здесь нет. Эти данные говорят лишь о том, что различные хромосомы, найденные в геноме человека, появились в разное время. Около 143 тыс. лет назад в генофонде наших предков появилась новая разновидность м-ДНК. Она, как всякая удачная мутация, распространялась все шире, пока не вытеснила все прочие разновидности из генофонда. Вот почему в настоящее время все женщины несут в себе эту новую, улучшенную, версию м-ДНК. Это же произошло с Y- хромосомой у мужчин, только эволюции понадобилось еще 84 тыс. лет, чтобы создать версию, которая смогла вытеснить всех конкурентов.

Пока не ясно, на чем был основан успех этих новых версий: возможно, на увеличении способности к воспроизведению потомства их носителей.

Исследования Y -хромосомы не только позволяют проследить миграции древних народов, но и могут рассказать, какую часть генома разделяет какой-либо мужчина с другим носителем той же фамилии (поскольку и фамилия человека, и его Y -хромосома наследуются по мужской линии). Эту методику можно применять и для установления предполагаемой фамилии преступника по следам его ДНК на месте преступления.

Данные, полученные при исследовании Y -хромосомы, подтверждают, что «война полов» запрограммирована в генах. То, что мужчины и женщины имеют разные жизненные программы, сейчас общеизвестно. В то время как мужчина теоретически может иметь почти неограниченное число родных детей, женщины ограничены в этом.

Особое положение Y- хромосомы дает возможность генам, расположеннм в ней, влиять только на мужскую особь и «не беспокоиться» о том, как они влияют на особей женского пола.

Было обнаружено, что гены, ответственные за производство белков спермы, очень быстро видоизменяются, по-видимому, из-за интенсивной конкуренции. Y -хромосома содержит большое количество этих генов, и исследователи сейчас пытаются понять, какие из них вовлечены в эту конкуренцию.

Наличие Y- хромосомы является фактором риска для плода из-за иммунной реакции матери. Этим могут быть объяснены некоторые интересные закономерности. Например, по статистике, чем больше у мужчины старших братьев (именно братьев, а не сестер), тем с большей вероятностью в нем могут проявиться гомосексуальные наклонности. Одно из возможных объяснений этого факта заключается в том, что в Y- хромосоме существует ген, ответственный за выработку маскулинизирующего гормона, названного АМН. Этот гормон останавливает развитие желез, которые при его отсутствии превращаются в матку и яичники. Кроме того, АМН вызывает иммунную реакцию со стороны организма матери, и вырабатываемые при этом антитела не дают выполнить гормону еще одну важную функцию, а именно – направить развитие головного мозга плода по мужскому типу.

Изолированность – одна из важнейших особенностей Y- хромосомы. Копирование генов сопровождается ошибками. При образовании яйцеклеток и сперматозоидов части парных хромосом меняются местами, и при этом поврежденные участки выбраковываются. Но Y -хромосома закрыла свои границы, и это создает «заброшенные земли» там, где не происходит ремонта и обновления генов. Поэтому генные структуры постепенно приходят в упадок, и некогда функциональные гены становятся бесполезными.

Распространенная картина, представляющая копирование ДНК чем-то наподобие ксерокопирования, не может передать истинного динамизма генома. Хотя природа постаралась обеспечить максимальную точность этой процедуры, всего лишь один кусок ДНК, подобно астероиду вторгшийся в чужую хромосому, может мгновенно изменить тщательно сохраняемую в течение многих тысяч поколений последовательность. Эти незваные гости называются прыгающими генами, или транспозонами.

Подавляющее большинство генов никогда не покидают родную хромосому. В отличие от них прыгающие гены – это «странники генома». Иногда они «выпрыгивают» из одной хромосомы и «приземляются» в случайном месте на другой. Они могут встроиться в середину гена, вызывая хаос, а могут «пришвартоваться» с края, слегка видоизменяя его функцию. Из обычных хромосом пришельцы обычно «изгоняются» вследствие бесконечного смешивания генов, но попав на Y -хромосому они сохраняются в нем миллионы лет. Иногда совершенно случайно это позволяет им сделать что-то замечательное. «Прыгающие эмигранты» могли превратить Y -хромосому в стартовую кнопку, запускающую эволюцию. Первым из таких Y- иммигрантов был DAZ , обнаруженный Д.Пэйджем (США).

В то время, когда Д.Пэйдж начал заниматься Y -хромосомой, о ней было известно только то, что она содержит ген SRY , который в нужный момент запускает развитие мужских органов у эмбриона. Теперь известно, что Y -хромосома содержит более двадцати генов (сравните с 2 тыс. генов в Х -хромосоме). Большинство этих генов вовлечены в производство спермы или помогают клетке синтезировать белки. Ген DAZ , вероятно, прибыл в Y- хромосому около 20 или 40 млн лет назад, примерно тогда, когда появились первые приматы (возможно, причиной их появления и был DAZ ). Отсутствие этого гена в организме у мужчины приводит к понижению или полному отсутствию сперматогенеза. По статистике, у одной из шести пар есть проблемы с зачатием ребенка, и для 20% из них ключевой фактор – именно мужская сперма.

В настоящее время технология внематочного оплодотворения частично решает эту проблему. Но обход законов природы не проходит даром. Бесплодие, как это ни парадоксально звучит, становится наследственным.

Недавно британские исследователи выдвинули смелое предположение: критическим фактором в возникновении речи у людей был именно некий «прыгающий ген», вторгшийся в Y -хромосому.

Ген DAZ за счет усиления сперматогенеза позволил приматам процветать, но какой ген послужил толчком для отделения человека от линии приматов? Прямой способ найти его – геномы человека и шимпанзе. Более элегантный способ – представить, какие последствия должны быть у таких мутаций и где эти мутации могут быть найдены.

Именно это и было сделано в Оксфорде. Сначала исследователи допустили, что существует некий ген, который так повлиял на развитие мозга, что стала возможной речь. Более того, предположили, что этот ген принимает разную форму у мужчин и женщин.

На конференции в Лондоне в 1999 г. другая исследовательская группа объявила, что в Y -хромосоме обнаружен ген PCDH , деятельность которого скорее всего сказывается на функционировании мозга человека, но не приматов. Это делает его хорошим кандидатом на роль гена речи. Приматы имеют его Х -версию (PCDHX ), но в некоторый момент эволюции он перескочил в Y- хромосому.

Ученым удалось проследить связь Y -версии этого гена (PCDHY ) с двумя переломными моментами в эволюции человека. Первый из них произошел около 3 млн лет тому назад, когда увеличился размер человеческого мозга и появились первые орудия труда. Но это еще не все. Отрезок ДНК, несущий PCDHY , снова трансформировался, разделившись на две части, так что получившиеся отрезки перевернулись на своих местах. По оценкам ученых, это случилось 120–200 тыс. лет назад, т.е. как раз в то время, когда произошли большие изменения в изготовлении орудий труда.

У африканских предков человека появилась способность к передаче информации с помощью символов. Косвенные доказательства – это, конечно, хорошо, но как этот ген функционирует на самом деле? На данный момент здесь больше вопросов, чем ответов, но имеющиеся данные не противоречат теории о связи этого гена с появлением речи. Вероятно, это один из семейства генов, известных как cadhedrins . Они синтезируют белки, из которых создается оболочка нервных клеток, и таким образом вовлечены в передачу информации. Гены PCDHX /Y активны в некоторых участках головного мозга у человеческого плода.

Но за всеми этими открытиями кроется одна большая загадка. Y- хромосому можно представить как модель капиталистической экономики. Победители – гены, которые дают преимущество, берут все, потому что не смешиваются с генами из других хромосом. Аутсайдеры, т.к. они обычно влияют на плодовитость, почти мгновенно становятся банкротами. То есть выжившие здесь гены должны делать что-то действительно ценное для организма.

Скорее всего, Y -хромосома потеряла большинство своих генов в процессе эволюции, но все оставшиеся в ней гены процветают. Они, должно быть, выполняют некую неуловимую, непонятную для нас функцию. Вероятно, для выяснения этой функции нужно исследовать связь генетических маркеров, позволяющих проследить родословную человека, с его способностями. Идея опасная в плане этической корректности, но она даст возможность Y- хромосоме еще не раз удивить нас.