Рафаил Нудельман
Y-хромосома: жизнь и судьба
В последнее время общественность обеспокоена. «Мужчины вымирают», «Новый слабый пол» — читаем мы газетные заголовки. В семенной жидкости мужчин содержится все меньше сперматозоидов; лекарства и пищевые добавки, улучшающие эрекцию, смотрят на нас из всех аптечных витрин. Даже сама хромосомная основа «мужественности» — мужская половая хромосома Y — и та под угрозой.
Сегодня она — самая маленькая по размеру из всех хромосом. Y-хромосома даже не может спариваться со своей «коллегой» — женской хромосомой X. Другие хромосомы обмениваются при спаривании участками — рекомбинируют — но только не Y. Генов на это хромосоме чрезвычайно мало — около 90, в двенадцать с лишним раз меньше, чем на Х-хромосоме. Но это у человека. А вот у кенгуру, эволюционная линия которых отделилась от остальных млекопитающих примерно 130 миллионов лет назад, Y-хромосома имеет вообще крошечные размеры. Заметим, однако, что «ключевой» мужской участок SRY у кенгуру почти идентичен этому гену у человека! Все прочее, что существовало на кенгуриной Y-хромосоме кроме этого участка, давно уже отмерло и отвалилось. Вот цена, которую мужская половая хромосома платит за отказ от рекомбинации, за сохранение мужских генов.
Ученые полагают, что когда-то, до появления в природе «мужчин», то есть до появления двух различных полов, нынешняя Y-хромосома была во всем подобна нынешней Х-хромосоме (потому что обе они, скорее всего, произошли из одной и той же пары обычных аутосом, как называются все хромосомы, кроме половых). Затем на одном конце, почти на самом кончике тогдашней Y-хромосомы, образовался «мужской ключевой участок» SRY; спустя еще какое-то время к нему присоединились (путем случайного копирования или других генетических процессов) другие «мужские» гены. И так это «мужание» Y-хромосомы стало постепенно продвигаться к другому ее концу хотя еще и сегодня не достигло его окончательно: многие гены на обоих концах Y-хромосомы и сегодня похожи на соответствующие гены Х-хромосомы. Всего таких сходных генов выявлено лишь 56. Это означает, что у Х-хромосомы сегодня имеется свыше 1000 непарных генов. А между тем во всякой паре обычных, не половых хромосом (или аутосом) все гены обоих партнеров попарно одинаковы.
Как же образовалось такое огромное различие между X- и Y-хромосомами? Прежде всего за счет постепенного отмирания, исчезновения с Y- хромосомы многих «омертвевших» участков. Именно поэтому Y-хромосома сейчас такая короткая, в шесть раз меньше хромосомы X. Этот жуткий процесс деградации Y-хромосомы начался с появления самого первого «мужского» участка — SRY, а он, как показывают данные палеонтологии, возник задолго до появления на Земле динозавров — около 300 миллионов лет тому назад. Это позволяет грубо подсчитать, с какой скоростью Y-хромосома теряла свои гены. Поскольку на Х-хромосоме имеется сегодня около 1100 генов, а она свои гены не теряла, то и на исходной Х-хромосоме их было столько же. А поскольку исходная Y-хромосома в силу общего происхождения была подобна хромосоме X, на ней тоже поначалу было около 1100 генов. Прошло 300 миллионов лет, и этих генов осталось около 90. Стало быть, за 300 миллионов лег исчезли около 1000 генов, в среднем по 3,5 гена каждый миллион лет. А поскольку процесс такой деградации продолжается и сегодня, то напрашивается неприятный вывод: все оставшиеся 90 генов нынешней Y-хромосомы человека должны исчезнуть, и это произойдет примерно через 25 миллионов лет! Конечно, 25 миллионов лет — срок огромный, современным мужчинам беспокоиться нечего, но некий «академический» интерес эта цифра неизбежно вызывает: а что же произойдет, когда Y-хромосома вообще исчезнет? Что, мужчины (а с ними и половое размножение) вообще сойдут со сцены?
Тема предстоящего неизбежного исчезновения Y-хромосом с удовольствием обсасывается во многих научно-популярных статьях, но естественный вопрос: а что же дальше? — практически никогда при этом не ставится. Между тем наука сегодня уже знает ответ на этот вопрос, и ответ этот в своем роде даже интересней самого вопроса. Оказывается, необыкновенные приключения Y-хромосомы продолжаются и после ее исчезновения. Ученые выяснили это совсем недавно, исследуя Y-хромосому плодовых мушек-дрозофил, половые различия которых, как и у человека, определяются парами Х-Х и X-Y. Эти выдающиеся исследования, проведенные американскими учеными Карвальо и Кларком («Science» т.307, №1, 2005), выявили поразительный факт: нынешняя Y-хромосома одного из видов дрозофил (дрозофила Псевдообскура) — это «самозванец», не имеющий никакого родственного отношения к древней, «истинной» Y-хромосоме этих мушек! Используя результаты недавней полной расшифровки генома дрозофил, американские исследователи проследили, куда же девались «мужские гены» древней Y-хромосомы у этого вида (какие это гены, они знали по геномным данным для других видов дрозофил), и нашли их в полной сохранности на обычных хромосомах других пар (так называемых аутосомах). Откуда же взялась у Псевдообскур их нынешняя Y-хромосома? Геномное расследование показало, что это просто обычная аутосома, которая когда-то, после полной деградации и исчезновения древнего «Игрека», присоседилась к оставшейся в одиночестве Х-хромосоме и стала ее партнером по паре.