Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексенко Алексей

Нетти Стивенс изложила свою гипотезу в статье, опубликованной в 1905 году. В том же году вышла и статья Эдмунда Бичера Уилсона, который, так уж случилось, написал примерно о том же самом. Сейчас считается, что открытие сделано двумя учеными независимо, и, судя по всему, так оно и было. Томас Морган видел ситуацию иначе. С одной стороны – известный корифей-цитолог, к тому же бывший декан. С другой – подчиненная Моргана, никому не известная сорокалетняя исследовательница, почти лаборантка.

Всего через семь лет Стивенс умерла от рака, и тогда Морган опубликовал свой некролог, несколько омрачивший его репутацию в глазах историков науки. То есть некролог-то он все-таки написал и даже опубликовал в Science, однако представил научные достижения Стивенс в следующих терминах: «Мисс Стивенс внесла свою долю в значимые открытия, и результат ее работ станет лучшей памятью о ней – те мелкие детали, без которых невозможно осуществление общего дела». «Внесла свою долю» и «мелкие детали» – это очень красноречиво. Фраза Моргана цитируется до сих пор практически во всех текстах, посвященных Стивенс и ее открытию, и она призвана преподать ученым всего мира грустный урок: можно заслужить признание огромным многолетним вкладом в науку, а потом испортить себе биографию одной фразой, в которой вдруг вылезет ваше самодовольное нутрецо. Оно есть у всех, просто надо его всемерно сдерживать.

Как бы там ни было, в 1905 году было открыто хромосомное определение пола. В те годы в представлениях Стивенс и ее современников все выглядело так: вот самцы, у них есть пара хромосом Х и Y. Вот самки, у них есть пара хромосом Х и Х (кстати, именно Стивенс, а не Уилсон, впервые увидела эти ХХ в женских клетках человека). В хромосоме Х находятся женские гены, в хромосоме Y – мужские гены, и мужские, строго по Менделю, «доминируют» над женскими. Мужские половые клетки несут или хромосому Х, или Y, и от того, какая из них сольется с женским яйцом, зависит пол зародыша – опять же ХХ или ХY. И конечно, таким образом задается соотношение полов в потомстве – строго 1: 1. А поскольку эти хромосомы явным образом не участвуют в мейозе, то мужские и женские гены никогда не рекомбинируют, то есть не перемешиваются. Или мужчина, или женщина, никаких промежуточных вариантов.

Все это выглядело так просто и гениально, что легко было заподозрить тут мудрый замысел Творца. А вот понять, как такую совершенную машину мог выковать естественный отбор, было как раз совсем непросто. Однако уже несколько лет спустя в картине обнаружились дефекты. Вот, например, мужские гены: оказалось, что ни у мучного хрущака, ни у дрозофилы никаких мужских генов – да и вообще практически никаких генов – на Y-хромосоме нет. Она действительно определяет пол, однако другим способом: тем, что замещает Х-хромосому, которых без нее было бы две, а с ней – всего одна. У человека на Y-хромосоме гены есть, и один из них – знаменитый SRY (Sex-determining Region on Y), который действительно играет важную роль, но и тут все куда сложнее, чем казалось вначале.

Дальше – больше: у некоторых организмов, как оказалось, Y-хромосомы нет вообще, а вместо нее есть пустое место. Этот механизм определения пола так и называется – Х0. А у птиц, части насекомых, рептилий и даже некоторых растений есть другая система определения пола – ZW, в которой одинаковые половые хромосомы ZZ оказываются как раз у самцов (это называется «гомогаметный пол»), а разные Z и W – у самок («гетерогаметный пол»). А потом вдобавок ко всему выяснилось, что все эти хромосомы вовсе не родственны друг другу, а возникали в эволюции много раз, совершенно независимо. Мудрость Творца пришлось поставить под сомнение, зато всем стало интересно, как же все это возникло. И как, в конце концов, оно работает.

Bachtrog D., Mank J. E., Peichel C. L., et al. Tree of Sex Consortium. Sex Determination: Why so Many Ways of Doing It? PLoS Biology. 2014. 12(7): e1001899.

Borgia G. Sexual Selection in Bowerbirds. Scientific American. 1986. 254(6): 92–101.

Bull J. J. Sex Determining Mechanisms: An Evolutionary Perspective. Experientia. 1985. 41(10): 1285–1296.

Carey S. B., Laramie A., Harkess A. The Contributions of Nettie Stevens to the Field of Sex Chromosome Biology. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 2022. 377(11850): 20210215.

Dirk H., Spennemann R. Biology, Ecology and Distribution of the Date Stone Beetle, Coccotrypes dactyliperda (Coleoptera: Curculionidae). Zoology in the Middle East. 2019. 65(2): 163–182.

Fisher R. A. The Genetical Theory of Natural Selection. Ed. J. H. Bennett. Oxford: Oxford University Press, 1999.

Morgan T. H. The Scientific Work of Miss N. M. Stevens. Science. 1912. 36(928): 468–470.

Глава семнадцатая, в которой выясняется, как все работает

Определение пола у человека

Есть два способа рассказывать о молекулярной биологии – увлекательный и скучный. Первого способа придерживался мой преподаватель Юрий Павлович Винецкий. Он считал, что студент должен быстренько повторить тот самый путь познания, который до него прошла большая наука, и дойти собственным умом до того, как постепенно из простых опытов возникает знание. Студенты получали оттиски настоящих научных работ и, высунув от напряжения языки, разбирались, как в середине ХХ века Сеймур Бензер (1921–2007) проникал в структуру генов, просто подсчитывая прозрачные пятнышки на чашках Петри. Сам Юрий Павлович в своих малиновых брюках, поражавших воображение студенток, выходил в коридор курить одну за одной папиросы «Север» (тогда еще можно было). А мы имели шанс постичь, как придумываются эксперименты и что означают их результаты.

К сожалению, увлекательный способ не универсален: во времена Бензера во всем мире существовало, наверное, около сотни исследовательских групп по молекулярной генетике, сейчас их сотни тысяч, и в каждой своя интрига и драматургия, своя романтика гениальных идей, глупых ошибок, тупиковых направлений и блестящих открытий. Общая картина складывается из совсем мелких кусочков, и на все кусочки времени ни у кого не хватит. Поэтому, чтобы хоть как-то приоткрыть читателям современное положение вещей, приходится прибегать к скучному способу, который выглядит примерно так: «Белок SF1 с помощью своего цинкового пальца связывается с регуляторной областью гена SRY, активируя его транскрипцию…» Сейчас нам придется воспользоваться этим способом, потому что наша задача именно такова: прежде чем рассказывать дальше о всяких занимательных казусах, связанных с половыми хромосомами, надо разобраться, как на самом деле они работают и как из их наличия или отсутствия следует превращение бессмысленного комка клеток в мальчика или девочку. Лемминги, воробьи и утконосы подождут до следующих глав, а сейчас речь о нас с вами.

Итак, в 1983 году, через три года после того, как профессор Винецкий шармировал моих сокурсниц своими штанами, был открыт цинковый палец. Это такая интересная часть некоторых белковых молекул: выступающая петля из нескольких аминокислот, с которыми связан ион цинка. Этот молекулярный орган умеет нащупывать определенные места в молекуле ДНК или РНК, и, если у белка есть такой палец, он почти наверняка делает что-то важное с нашим драгоценным носителем наследственности. Молекулярные биологи умеют распознавать эту структуру еще на уровне гена, кодирующего белок: определенные мотивы кодирующей последовательности четко указывают, что палец должен быть тут. Видимо, цинковый палец – реликт каких-то дремучих эпох в становлении жизни на Земле, одно из первых изобретений природы, благодаря которым белки и нуклеиновые кислоты учились делать общее дело. С тех пор идея триумфально распространилась по древу жизни: в человеческом геноме около 3﹪ всех генов кодируют нечто, обладающее такими пальцами, то есть белки, взаимодействующие с ДНК вот этим конкретным способом.