Потеря Y-хромосомы может привести к образованию совершенно новых видов.
Y-хромосома может быть символом мужественности, но становится все более очевидным, что она далеко не сильная и долговечная.
Хотя он несет ген «главного переключателя», SRY, который определяет, будет ли эмбрион развиваться как мужской (XY) или женский (XX), он содержит очень мало других генов и является единственной хромосомой, которая не необходимо для жизни. Женщины, в конце концов, прекрасно обходятся и без него.
Более того, Y-хромосома быстро дегенерировала, оставив женщин с двумя совершенно нормальными X-хромосомами, а мужчин с X и сморщенной Y. Если такая же скорость дегенерации сохранится, Y-хромосоме останется всего 4,6 млн лет, прежде чем она полностью исчезнет. Это может показаться долгим, но это не так, если учесть, что жизнь существует на Земле уже 3,5 миллиарда лет.
Y-хромосома не всегда была такой. Если мы отмотаем часы на 166 миллионов лет назад, к самым первым млекопитающим, история будет совсем другой. Ранняя «прото-Y» хромосома изначально была того же размера, что и Х-хромосома, и содержала все те же гены. Однако Y-хромосомы имеют фундаментальный недостаток. В отличие от всех других хромосом, две копии которых находятся в каждой из наших клеток, Y-хромосомы всегда присутствуют только в виде одной копии, передаваемой от отцов к их сыновьям.
Это означает, что гены на Y-хромосоме не могут подвергаться генетической рекомбинации, «перетасовке» генов, происходящей в каждом поколении, что помогает устранить вредные генные мутации. Лишенные преимуществ рекомбинации гены Y-хромосомы со временем дегенерируют и в конечном итоге теряются из генома.
Хромосома Y, выделенная красным цветом, рядом с гораздо большей Х-хромосомой. (Национальный институт исследования генома человека)
Несмотря на это, недавние исследования показали, что Y-хромосома разработала несколько довольно убедительных механизмов, чтобы «затормозить», замедляя скорость потери генов до возможной остановки.
Например, недавнее датское исследование, опубликованное в PLoS Genetics, секвенировало участки Y-хромосомы 62 разных мужчин и обнаружило, что она склонна к крупномасштабным структурным перестройкам, позволяющим «амплифицировать гены» - приобретение множественных копий генов, которые способствуют здоровой функции сперматозоидов и уменьшают потерю генов.
Исследование также показало, что Y-хромосома имеет необычные структуры, называемые «палиндромами» (последовательности ДНК, которые одинаково читаются вперед и назад - как слово «каяк»), которые защищают ее от дальнейшей деградации. Они зафиксировали высокую частоту «событий преобразования генов» в палиндромных последовательностях на Y-хромосоме - это в основном процесс «копирования и вставки», который позволяет восстанавливать поврежденные гены с использованием неповрежденной резервной копии в качестве шаблона.
Глядя на другие виды (Y-хромосомы существуют у млекопитающих и некоторых других видов), растущий объем данных указывает на то, что амплификация гена Y-хромосомы является общим принципом для всех. Эти амплифицированные гены играют решающую роль в производстве сперматозоидов и (по крайней мере, у грызунов) в регулировании соотношения полов у потомства. Недавно в журнале «Молекулярная биология и эволюция» исследователи приводят доказательства того, что это увеличение числа копий генов у мышей является результатом естественного отбора.
В вопросе о том, действительно ли исчезнет Y-хромосома, научное сообщество, как и Великобритания на данный момент, разделилось на «выбывающих» и «оставшихся». Последняя группа утверждает, что ее защитные механизмы отлично справляются со своей задачей и спасают Y-хромосому. Но выпускники говорят, что все, что они делают, это позволяют Y-хромосоме цепляться за ногти, прежде чем в конечном итоге упасть со скалы. Таким образом, дебаты продолжаются.
Ведущий сторонник аргумента об уходе, Дженни Грейвс из Университета Ла Троб в Австралии, утверждает, что, если смотреть на долгосрочную перспективу, Y-хромосомы неизбежно обречены, даже если они иногда держатся. немного дольше, чем ожидалось. В статье 2016 года она указывает, что японские колючие крысы и слепушонки полностью утратили свои Y-хромосомы, и утверждает, что процессы потери или создания генов на Y-хромосоме неизбежно приводят к проблемам с фертильностью. Это, в свою очередь, может привести к образованию совершенно новых видов.
Гибель мужчин?
Как мы утверждаем в одной из глав новой электронной книги, даже если Y-хромосома у людей действительно исчезает, это не обязательно означает, что сами мужчины скоро исчезнут. Даже у видов, фактически полностью утративших свои Y-хромосомы, для размножения по-прежнему необходимы как самцы, так и самки.
В этих случаях ген «главного переключателя» SRY, который определяет генетическую принадлежность к мужскому полу, переместился на другую хромосому, а это означает, что эти виды производят самцов без необходимости в Y-хромосоме. Однако новая определяющая пол хромосома - та, к которой переходит SRY, - должна затем снова начать процесс дегенерации из-за того же отсутствия рекомбинации, которое обрекло их предыдущую Y-хромосому.
Однако интересная вещь о людях заключается в том, что, хотя Y-хромосома необходима для нормального человеческого размножения, многие из генов, которые она несет, не нужны, если вы используете методы вспомогательной репродукции. Это означает, что генная инженерия вскоре сможет заменить генную функцию Y-хромосомы, что позволит однополым парам женского пола или бесплодным мужчинам зачать ребенка. Однако, даже если бы все смогли зачать ребенка таким образом, маловероятно, что люди, способные к деторождению, просто перестали бы воспроизводиться естественным путем.
Хотя это интересная и горячо обсуждаемая область генетических исследований, беспокоиться не о чем. Мы даже не знаем, исчезнет ли вообще Y-хромосома. И, как мы показали, даже если это произойдет, мы, скорее всего, по-прежнему будем нуждаться в мужчинах, чтобы нормальное воспроизводство могло продолжаться.
Действительно, перспектива системы типа «фермерских животных», в которой несколько «счастливых» самцов выбираются для того, чтобы стать отцами большинства наших детей, определенно не видна на горизонте. В любом случае, в ближайшие 4,6 миллиона лет будут гораздо более насущные проблемы.
Даррен Гриффин, профессор генетики, Кентский университет, и Питер Эллис, преподаватель молекулярной биологии и репродукции, Кентский университет
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.