Наука и жизнь

Y-хромосома исчезает: мужчины вымрут?

Y-хромосома исчезает: мужчины вымрут?

Y-хромосома может быть символом мужественности, но становится все более очевидным, что она не сильна и не вынослива. Хотя она содержит в себе ген «главного переключателя» SRY, который определяет, будет ли развиваться эмбрион как мужской (XY) или женский (XX), он содержит очень мало других генов и является единственной хромосомой, необязательной для жизни. Женщины, в конце концов, прекрасно обходятся без нее.

Более того, Y-хромосома быстро дегенерировала, в результате чего у женщин было две совершенно нормальных X хромосомы, а у мужчин — X и сморщенная Y. Если такая же скорость дегенерации продолжится, у Y хромосомы останется всего 4,6 млн лет, прежде чем она полностью исчезнет. Это может звучать как очень долгий процесс, но это не так, если учесть, что жизнь существует на Земле 3,5 миллиарда лет.

Y-хромосома не всегда была такой. Если мы перевернем календарь на 166 миллионов лет назад, до самых первых млекопитающих, то обнаружим, что все было совершенно иначе. 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, которых у нас по две копии в каждой из клеток, Y-хромосомы присутствуют только как одна копия, переданная от отцов их сыновьям.

Это означает, что гены в Y-хромосоме не могут подвергаться генетической рекомбинации, «перемешиванию» генов, которое происходит в каждом поколении, что помогает устранить повреждающие мутации генов. Гены Y-хромосомы, лишенные преимуществ рекомбинации, со временем дегенерируют и в конечном итоге теряются из генома.

Хромосома Y красного цвета, рядом с гораздо большей Х-хромосомой

Несмотря на это, недавнее исследование показало, что Y-хромосома разработала несколько довольно убедительных механизмов, чтобы «затормозить», замедляя скорость потери гена до возможного застоя.

Например, недавнее датское исследование, опубликованное в PLoS Genetics, секвенировало части Y-хромосомы от 62 разных мужчин и показало, что она склонна к крупномасштабным структурным перестройкам, допускающим «амплификацию генов» — приобретение нескольких копий генов, которые способствуют высокому здоровью, функциональным сперматозоидам и смягчению потери генов.

Исследование также показало, что Y-хромосома разработала необычные структуры, называемые «палиндромами» (последовательности ДНК, которые читаются в обоих направлениях — например как слово «топот»), которые защищают ее от дальнейшей деградации. Они зафиксировали высокий уровень «событий конверсии 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.

Что касается других видов (Y-хромосомы существуют у млекопитающих и некоторых других видов), все больше доказательств свидетельствует о том, что амплификация гена Y-хромосомы является общим принципом. Эти усиленные гены играют критическую роль в производстве спермы и (по крайней мере, у грызунов) в регулировании соотношения полов у потомства. В недавнем исследовании «Молекулярная биология и эволюция» исследователи подтверждают, что это увеличение количества копий генов у мышей является результатом естественного отбора.

На вопрос о том, действительно ли Y-хромосома исчезнет, ​​научное сообщество отвечает, разделившись на «исчезающих» и «остающихся». Последняя группа утверждает, что ее защитные механизмы сделали большую работу и спасли Y-хромосому. Но вторые говорят, что все, что делают эти механизмы — это позволяют Y-хромосоме цепляться за соломинку, прежде чем в конце концов больно упасть. Поэтому дискуссия продолжается.

У обыкновенных слепушонок нет Y-хромосом
У обыкновенных слепушонок нет Y-хромосом

Ведущий сторонник аргумента об «исчезающих», Дженни Грейвс из Университета Ла-Троба, Австралия, утверждает, что если рассматривать долгосрочную перспективу, то Y-хромосомы однозначно обречены — даже если они задержатся немного дольше, чем ожидалось. В статье за ​​2016 год она отмечает, что японские щетинистые крысы и обыкновенная слепушонка полностью потеряли свои Y-хромосомы, и утверждает, что процессы потери генов или создания их в Y-хромосоме неизбежно приводят к проблемам фертильности. Это, в свою очередь, может привести к образованию совершенно новых видов.

Даже если Y-хромосома у людей действительно исчезает, это не обязательно означает, что сами мужчины вымрут. Даже у видов, которые фактически полностью потеряли свои Y-хромосомы, и самцы, и самки все еще необходимы для размножения.

В этих случаях ген «главного переключателя» SRY, который определяет генетическую мужественность, переместился в другую хромосому, что означает, что эти виды производят самцов без необходимости в Y-хромосоме. Тем не менее, новая хромосома, определяющая пол — та, к которой примкнет SRY — должна снова начать процесс дегенерации из-за того же недостатка рекомбинации, которая обрекла их предыдущую Y-хромосому.

Тем не менее, интересная вещь о людях заключается в том, что хотя Y-хромосома необходима для нормального размножения человека, многие из генов, которые она несет, не нужны, если вы используете методы вспомогательной репродукции. Это означает, что генная инженерия вскоре сможет заменить функцию гена Y-хромосомы, что позволит зачать однополым парам женщин или парам с бесплодием у мужчины. Тем не менее, это не значит, что плодовитые люди просто перестанут размножаться естественным путем.

Хотя это интересная и горячо обсуждаемая область генетических исследований, беспокоиться не о чем. Мы даже не знаем, исчезнет ли Y-хромосома вообще. И, как мы показали, даже если это произойдет, мы, скорее всего, будем продолжать нуждаться в мужчинах, чтобы нормальное воспроизводство могло продолжаться.

Действительно, перспектива системы «сельскохозяйственных животных», в которой несколько «счастливчиков» выбираются, чтобы стать отцом большинства наших детей, определенно не за горами. В любом случае, в ближайшие 4,6 млн. лет возникнут гораздо более насущные проблемы.

Поделиться с миром: