Если основанный на WNT4 «переключатель» в соматических клетках гонады находится в положении «женский путь развития», то они будут развиваться в клетки, обеспечивающие формирование яйцеклеток. Они посылают сигналы, благодаря которым остальные клетки половой железы образуют ткани яичника, а не семенника (яичники не состоят из многочисленных трубочек, а заполнены рыхлой тканью и группами клеток, которые собираются вокруг развивающихся яйцеклеток). Один из сигналов этих клеток подталкивает зародышевые клетки к особому типу деления – мейозу, – который имеет решающее значение для формирования как яйцеклеток, так и сперматозоидов. В организме мальчиков мейоз начинается только после наступления половой зрелости, но у девочек все клетки зародышевой линии вступают в мейоз практически в самом начале развития яичников: на момент рождения девочки все ее яйцеклетки находятся в состоянии мейоза. Хотя мейоз начинается еще до рождения, он, как ни странно, приостанавливается в период примерно с двенадцати до пятидесяти лет, и только несколько яйцеклеток возобновляют свое развитие каждый менструальный цикл. Такой характер развития имеет одно неприятное медицинское следствие. Развивающиеся яйцеклетки, сделавшие паузу в мейозе, крайне уязвимы к лекарственным препаратам, которые иногда используется в химиотерапии, и для больных раком девочек и молодых женщин ценой спасения может оказаться бесплодие. К счастью, был разработан метод, позволяющий удалять участки ткани яичников перед началом химиотерапии, замораживать их, а затем трансплантировать обратно, если женщина, достигнув детородного возраста, решит, что хочет завести детей.[214]
Мейоз, в отличие от обычного клеточного деления, не приводит к образованию двух дочерних клеток с теми же хромосомами, что были и у материнской. Обычная клетка человеческого тела перед делением имеет по две копии каждой хромосомы, одна из которых унаследована от матери, а другая – от отца. Есть две копии хромосомы 1, две копии хромосомы 2, и так далее. Если клетка женская, у нее есть две копии Х-хромосомы, а если клетка мужская, то у нее есть одна Х-хромосома и одна Y-хромосома (потому что, как я говорил выше, именно присутствие Y-хромосомы и белка SRY приводит к созданию мужского организма). При нормальном делении каждая хромосома копируется, и дочерние клетки получают тот же набор, что и материнская клетка, а вот при мейозе хромосомы распределяются между клетками таким образом, что одна из копий достается одной дочерней клетке, а вторая – другой. Поэтому в конечном итоге дочерние клетки обладают только одной копией каждой хромосомы. Это именно то, что нужно яйцеклетке или сперматозоиду – когда в процессе оплодотворения они сольются, у оплодотворенной яйцеклетки будет нормальное количество хромосом. Все яйцеклетки, образованные в процессе мейоза в организме женщины, несут исключительно Х-хромосомы. Однако в мужском организме половина сперматозоидов несет Х-хромосому, а вторая половина – Y-хромосому. Если яйцеклетку оплодотворит сперматозоид с X-хромосомой, у эмбриона будут две Х-хромосомы и ни одной Y-хромосомы, и родится девочка. Если же яйцеклетку оплодотворит сперматозоид с Y-хромосомой, то эмбрион получит Y-хромосому (а с ней и ген SRY), и родится мальчик. Примерное соотношение мужчин и женщин в человеческой популяции – 50/50[215] – непосредственно связано с характером распределения хромосом при мейозе.
Однако мейоз – это далеко не только распределение хромосом между дочерними клетками. В каждой паре хромосом копия, унаследованная от матери, и копия, унаследованная от отца, немного отличаются. Это никак не связано с полом родителей, а отражает их индивидуальные черты. ДНК хромосом со временем мутирует, поэтому в человеческой популяции существует множество слегка отличающихся версий каждой хромосомы. Это разнообразие хромосом – одна из причин различий между людьми (они также могут быть связаны с влиянием окружающей среды). На ранних стадиях мейоза две копии хромосомы сближаются, и происходит рекомбинация – сложный процесс, в ходе которого две хромосомы обмениваются участками, разрезая и снова склеивая свою ДНК. Это означает, что копии хромосом, которые передаются сперматозоиду или яйцеклетке, представляют собой гибридные версии копий, имеющихся в обычных клетках организма (рис. 60).
Рис. 60. Рекомбинация между хромосомами при мейозе (в данном случае в семеннике). Для лучшего восприятия на схеме изображена только одна пара из двадцати трех пар хромосом человека. Как и в случае любого деления, сначала все хромосомы копируются. Затем происходит событие, характерное только для мейоза, – унаследованная от матери копия хромосомы обменивается участками с копией, унаследованной от отца (происходит рекомбинация). После окончания этого этапа происходят два клеточных деления и образуются четыре гаметы, каждая из которых несет свою собственную (и отличающуюся от исходной) версию хромосомы 1. То же самое произойдет и с хромосомами 2–21, а вот хромосомы последней пары (X и Y) не рекомбинируют. Похожий процесс происходит и в яичниках женщины, но после каждого этапа деления одна дочерняя клетка погибает, и в результате образуется не четыре гаметы, а одна
Важно, что обмен участками хромосом при мейозе практически случаен, поэтому разные сперматозоиды (или яйцеклетки) одного и того же человека генетически отличаются друг от друга. Именно поэтому дети одних родителей могут быть очень разными.
По сути, рекомбинация, происходящая при мейозе в ваших половых железах, является первым моментом генетического объединения ваших родителей. Да, вы получили хромосомы и от матери и от отца, но они стоят особняком в каждой клетке вашего организма, нередко давая противоречивые указания по поводу вашего развития. Хромосомы ваших родителей постоянно «спорят» на языке функционирования генов о том, каким вам быть. «Глаза будут голубые!» – «Нет, карие!» – «Высокий!» – «Нет, коренастый!» – «Спокойный!» – «Нет, вспыльчивый!» И так далее. Одни черты, например цвет глаз, определяются относительно небольшим числом генов, а другие, например подверженность стрессам, – очень многими генами. Только после рекомбинации в процессе мейоза гены ваших родителей наконец встречаются и объединяются. После этого они уже готовы выступить единым фронтом и, когда придет время, «поспорить» с генами родителей вашего мужа или жены о том, каким будет ваш ребенок.
Однако определенный тип половых желез – не единственное, что делает человека мужчиной или женщиной. Как минимум существенно различается строение репродуктивной системы в целом, а к концу развития также накапливается множество менее значительных различий в строении других частей тела. У взрослых к таким отличиям относятся размер молочных желез (они развиты у женщин и недоразвиты у мужчин), форма костей (форма передней части таза немного различается у мужчин и женщин, и в том числе благодаря этому археологи могут определить пол скелета), размер костей (в пределах этнической группы мужчины в среднем крупнее женщин), размер мышц (опять же, у мужчин они крупнее), особенности роста волос (мужчины более волосаты), а также строение и функции некоторых частей мозга. Клетки во всех этих частях тела содержат ту же комбинацию хромосом (XX или XY), что и в гонадах, но нет никаких указаний на то, что клетки млекопитающих хоть как-то используют этот факт.[216] Создается впечатление, что Y-хромосома, если она есть, неактивна везде, кроме гонад на раннем этапе развития. Вместо того чтобы «обратиться за советом» к собственным хромосомам, клетки остальных частей организма в основном полагаются на сигналы половых желез. Эти сигналы представляют собой мелкие молекулы, которые легко переносятся на большие расстояния, – гормоны.
Если на раннем этапе удалить эмбрионам кролика гонады, лишив их таким образом специфических гормонов, эмбрионы будут развиваться по женскому пути независимо от того, какую комбинацию хромосом – XX или XY – они несут.[217] Этот эксперимент наводит на мысль, что не относящиеся к половым железам части эмбриона «по умолчанию» формируют женский организм и что для преодоления этих изначальных «настроек» нужны мужские гормоны, источником которых служат семенники.
После того как половая железа встала на путь формирования семенника (благодаря «переключателю» SOX9 – FGF9 – FGFR2), она начинает продуцировать два важных гормона – антимюллеров гормон и дигидротестостерон. Именно они в основном опосредуют влияние семенников на организм эмбриона. Антимюллеров гормон получил свое название из-за его действия на пару протоков, которые проходят в теле эмбриона параллельно вольфову каналу (рис. 61). Мюллеровы протоки есть у всех эмбрионов на ранней стадии, и если они сохраняются, то впоследствии дают начало внутренним протокам женской репродуктивной системы – маточным (фаллопиевым) трубам, матке и верхней части влагалища. Мужскому организму эти структуры не нужны, напротив, они серьезно мешали бы ряду аспектов развития. Сам по себе антимюллеров гормон безвреден, но клетки мюллерова канала синтезируют ряд белков, которые, если вокруг обнаруживается этот гормон, изнутри «подталкивают» эти клетки к «самоубийству». Избирательная гибель клеток, или «клеточное самоубийство», – распространенный и очень важный аспект развития животных, и я подробнее остановлюсь на этом явлении чуть позже (см. главу 14).
Рис. 61. Положение вольфова и мюллеровых протоков, а также связанных с ними структур в задней части развивающегося эмбриона
Итак, благодаря антимюллерову гормону мужской организм избавился от зачатков женской репродуктивной системы. Теперь дело за малым – построить соответствующую мужскую систему. Здесь в игру вступают вольфовы протоки. Они залегают по бокам тела эмбриона, проходя из первой временной почки мимо второй временной почки и разви