Занимательная биология

Акимушкин Игорь Иванович

Перекрест хромосом может быть и двойным и тройным. И даже большее число хиазм, то есть участков обмена, возникает в мейозе между двумя из четырех гомологических тетрад, или хроматид. Бывает, что и три, а то и все четыре хроматиды принимают одновременное участие в кроссинговере.

Биологический смысл кроссинговера совершенно ясен: он призван предоставить в распоряжение эволюции максимальное число разноизменчивых, разноликих вариантов, обильный материал для естественного отбора.

Генов непомерно больше, чем хромосом. Следовательно, сотни и даже тысячи генов, сцепленные вместе в каждой хромосоме, без кроссинговера

не принимали бы участия в перекомбинации признаков в зиготах нового поколения. Это, бесспорно, сильно ограничило бы возможности рекомбинационной изменчивости и вместе с тем и эволюционные ресурсы.

Но природа нашла выход, изобретя перекрест хромосом.

Мальчик или девочка?

Все живые существа и все растения, даже бактерии, разделены природой на два пола: мужской и женский. Биологический смысл такого разделения вполне ясен: создать по возможности больше разных вариантов для естественного отбора. Когда животное или растение размножается вегетативно или партеногенетически, без оплодотворения, все его потомки обладают одинаковой наследственностью, во всем схожей с материнской. При таком размножении все дети получают только материнские хромосомы и гены. Никакой их перекомбинации не происходит. И лишь мутации вносят некоторое разнообразие в однотипные ряды потомков-близнецов.

Для эволюции, которая формирует новые виды и типы, черпая материал для видообразования из арсеналов изменчивости, этого мало. Ведь чем больше разнородных образцов в живой природе, тем шире поле деятельности у естественного отбора, творящего новые виды.

Половое размножение призвано пополнить весьма скудные без него ресурсы видообразования.

После мейоза, предшествующего половому размножению, парные хромосомы навсегда расходятся по разным гаметам. А затем родительские гаметы, происходящие из разнородных генеалогических линий, сливаются воедино, чтобы дать жизнь новому организму. Они приносят в его клетки разносортный наследственный материал — отцовский и материнский.

Получается тогда, что наследственность, а значит, и свойства каждого из братьев и сестер совсем не одинаковы. И во многом непохожи они на наследственность и свойства родителей: произошла перекомбинация хромосом, и новые сочетания генов вступили в игру. Значит, естественный отбор получил более разнородный и более необходимый ему материал.

Итак, два пола лучше обслуживают эволюцию, чем один. Когда же и как организм получает от природы тот или иной пол?

Есть животные, которые приобретают свой пол очень странным, хотя и простым, способом. Одного из таких оригиналов нашли в океане. Это морской червь бонеллия. Самки бонеллии размером со сливу, и у них странный, раздвоенный на конце хоботок. Самцы же карлики даже в сравнении со сливой: длиной всего в несколько миллиметров. У них нет хоботка. Они живут в матке у самки, обремененные только одной заботой: оплодотворить яйца.

Из яиц выходят личинки и уплывают.

Поплавав немного, личинки опускаются на дно — эти развиваются в самок. А те, что сядут не на дно, а на хоботок взрослой самки, превратятся в самцов. По-видимому, особые выделения

хоботка обязывают их к этому.

Станет ли юная бонеллия самцом или самкой, зависит только от случая. От того, куда сядет личинка. Поэтому соотношение полов у бонеллии непостоянно и часто бывает то избыток самок, то самцов.

Гораздо более стабильно это соотношение, когда действует генетический механизм определения пола. Такой механизм функционирует у большинства животных и растений. Он очень несложен.

Просто один из двух полов, обычно мужской (но иногда и женский), получает в час зачатия как знак своего мужского или женского достоинства одну особую хромосому. Ее называют игрек-хромосома. Гомологичный ее партнер именуется икс-хромосомой.

Икс-хромосома — нормальная хромосома. Тогда как игрек обычно маленькая, как бы недоразвитая и несет гораздо меньшее число генов, чем икс-хромосома.

У большинства животных мужской пол гетерогаметен, это значит, что в его генотипе две разные половые хромосомы — икс и игрек. Поэтому самцы таких животных обладают двумя разными типами гамет: половина из них несет икс-хромосому, половина игрек-хромосому. Женский же пол гомогаметен, потому что клетки самок обладают двумя икс-хромосомами. Но у птиц, бабочек и некоторых рыб, наоборот, самки наделены разными непарными половыми хромосомами, то есть гетерогаметны, а самцы — гомогаметны. У них одинаковые парные половые хромосомы.

При образовании гамет (у гетерогаметных самцов) после мейоза в 50 процентов всех спермиев попадают только икс-хромосомы. В другие 50 процентов — только игрек-хромосомы.

Самки образуют однотипные гаметы — всегда с икс-хромосомой. Мужские и женские гаметы сливаются и производят на свет в равном соотношении два разных типа зигот. В одних из них только икс-хромосомы. Это будут самки. В других — сочетание хромосом иное: икс и игрек. Это будут самцы.

Такой же генетический механизм заведует определением пола и у человека. Мужчины гетерогаметны. В их генотипе две разные половые хромосомы: икс и игрек. Поэтому и спермии разнотипны: половина несет икс-хромосому, половина — игрек. Женщины обладают двумя икс-хромосомами. Их яйцеклетки однотипны: все с икс-хромосомами. Когда яйцеклетка сливается со сперматозоидом, несущим икс-хромосому, рождаются девочки. А когда со сперматозоидом, наделенным игрек-хромосомой, — мальчики.

Поскольку число сперматозоидов с икс- и игрек-хромосомами одинаково, мальчики, рассуждая теоретически, должны рождаться так же часто, как и девочки. На самом же деле, по статистике, на сто девочек рождается сто семь мальчиков.

А если произвести подсчеты на девять месяцев раньше — в момент зачатия, то можно увидеть, что мальчиков среди зародышей еще больше. Примерно сто четырнадцать на сто девочек.

Как все это можно объяснить?

Предполагают, что сперматозоиды, несущие игрек-хромосому, легче сперматозоидов с икс-хромосомой. Ведь она значительно больше своего обозначенного буквой «игрек» партнера. Поэтому игрек-сперматозоиды добираются до яйцеклетки быстрее икс-сперматозоидов и чаще оплодотворяют ее. Оттого и мальчиков среди ранних зародышей больше, чем девочек.