Знание-сила 1997 № 01 (835)
Шрифт:
Однако биология пола оказалась несколько сложнее. В конце сороковых годов выяснилось, что и простейшие кишечные палочки, у которых и генов-то раз, два и обчелся, имеют некое подобие полового процесса: две клетки конъюгируют, образуя цитоплазматический мостик (прекрасно видный под электронным микроскопом), по которому из одной клетки в другую начинает переходить нить ДНК. Причем ДНК, как показал генетический анализ, переходит только из той клетки, у которой есть так называемый фактор F, или «фертильности» - плодовитости.
Так, кишечная палочка рекомбинирует или «тасует» свой генетический материал, в результате чего появляются новые наследственные комбинации. Рекомбинация ДНК осуществляется
Значит, разделение на два пола необходимо для рекомбинации генов? Вовсе нет, поскольку рекомбинация столь же успешно происходит и при образовании одних только овоцитов, то есть яйцеклеток. Точно так же, как и развитие организмов партеногенетическим путем без участия самцов: у некоторых растений, всех низших классов позвоночных, даже у индюков удается экспериментально стимулировать развитие неоплодотворенных яиц, в результате чего вылупляются вполне жизнеспособные птицы, вырастающие до нормальных размеров.
В начале шестидесятых Дж. Гердон из Оксфорда сумел получить клонированных лягушек, подсаживая ядра клеток кишечного эпителия (слизистой) в яйцеклетки, из которых было удалено собственное ядро. Прошло зри десятка лет, и то же самое воспроизведено на крысах и овцах, то есть млекопитающих.
Таким образом, развитие и размножение животных вполне может обходиться и одним полом. Зачем же нужен мужской? Что дает его «изобретение» из женского? Каким биологическим преимуществом обладает двуполая система? Вопросов много, а вот ответов на них гораздо меньше, все больше догадки и предположения.
Чарлз Дарвин делал различие между натуральной и сексуальной селекцией — естественным и половым отбором. Сие деление сегодня имеет исторический интерес, поскольку он, конечно же, ничего не знал о генах и их мутациях. Естественный отбор действует на оба пола одинаково, половой же проявляется в конкуренции самцов и выборе самками партнеров для размножения. Последнее удалось доказать лишь совсем недавно, но об этом особый разговор.
Чему же отдают самки предпочтение? Зачем павлину такой большой хвост? Сегодня считается, что внешний вид самца отражает его генетическое здоровье и как следствие — хорошую сопротивляемость паразитам.
А при чем тут паразиты? — воскликнет читатель. Гипотеза эта была сформулирована в 1982 году и названа в честь Черной Королевы из «Алисы в Зазеркалье», которая постоянно куда-то бежала, чтобы... остаться на месте. Поскольку это очень похоже на бег вверх по эскалатору, идущему вниз. Ведь паразиты эволюционируют параллельно с организмами, на которых они живут. Вот тем и приходится постоянно «тасовать» свои гены, чтобы хоть на полшага опережать своих невидимых или видимых врагов. Существование двух полов, или двух генетических наборов облегчает эту необычайно сложную и статистически объемную задачу создания комбинаций, к которым паразиты еще не подыскали молекулярные ключи.
Сегодня хорошо известно, что целый блок генов, отвечающих за иммунитет, расположен в коротком штече шестой хромосомы. Этот комплекс генов ответствен за синтез антител — специальных защитных белков, синтезируемых одним из классов лимфоцитов, а также за отторжение чужеродных органов и тканей (на самом деле за «отторжение» раковых клеток, а также клеток глистов и клеток, в которых поселились внутриклеточные паразиты,— туберкулезная бацилла, малярийный плазмодий и целый сонм вирусов).
Но есть, оказывается, и другая группа генов, ответственных за иммунитет. И локализуются они в Х-хромосоме. Естественно, что при мутациях в этих генах возникает типичный врожденный иммунодефицит, эдакий младенческий СПИД, вылечить который сегодня не удается ничем.
Известно,
Ген тирозин-киназы, ответственный за врожденный иммунодефицит, изучался на ДНК мышей, однако ключевой кодон в этом гене оказался стабилен не только у грызунов, но также и у человека, и у дрозофилы, то есть как минимум вот уже на протяжении четырехсот — пятисот миллионов лет эволюции.
Как действует ген SRY и как происходит активация
гена МИС? Известно, что белки состоят из аминокислот, а те в свою очередь имеют боковые цепи, ши радикалы. Эти-то цепи и участвуют в разного рода реакциях, в частности, при взаимодействии белка SRY и регуляторного участка гена МИС.
В шестьдесят четвертом от начала белковой цепи положения белка SRY в норме находится аминокислота изолейцин, имеющая боковую цепь в виде вилки, один из концов которой длиннее другого:
Длинный «зубец» вставляется между двумя аденинами — «буквами» генетического кода — одной из цепей ДИК’ что приводит к изгибу двуцепочной спирали вещества наших генов. Изгиб этот создает благоприятные условия для посадки на ДНК белков, активирующих транскрипцию, без которых невозможно присоединение к нити жизни белкового комплекса РНК-палимеразы, считывающей ген. Одна из мутаций в гене SRY приводит к тому, что изолейцин заменяется на треонин, боковой радикал которого короче как минимум на 1,5 ангстрема (0,15 нанометра), да к тому же содержит весьма активную гидроксильную группу — ОН. Результатом этого является реверсия пола, или рождение гермафродита, выраженного или скрытого. Известны и другие замены в этом положении, которые приводят к нарушению функции гена и отсутствию МИС.
Был исследован и другой ген, расположенный неподалеку от гена тирозин-киназы. Мутации в нем приводят не только к нарушению иммунитета, но также к поражению мозга и надпочечников. Интересно, что ген этот локализуется радом с генами пигментов цветового зрения. Такие люди обычно страдают еще и дальтонизмом.