Существуют и другие вариации. SRY, генетический триггер для оркестра из шестидесяти генов, определяющих пол, не является универсальным главным переключателем для пола во всем животном мире или даже среди всех млекопитающих, если на то пошло.
Поприветствуйте утконоса! Это яйцекладущее млекопитающее из Австралии специализируется на том, чтобы опровергать все теории, и его половые хромосомы вовсю этому способствуют. Дженнифер Маршалл Грейвс была частью команды, которая обнаружила, что у утконоса пять пар половых хромосом. У самок XXXXXXXXXX, а у самцов XXXXXYYYYY. Несмотря на эту экстравагантность Y-хромосом, ни у одной из них нет признаков главного полового переключателя SRY. «Это было невероятно», – вспоминала Грейвс.
Утконос – древнее млекопитающее. Группа, к которой он принадлежит, однопроходные яйцекладущие, отделилась от человека около 166 миллионов лет назад. Его причудливые половые хромосомы дали Грейвс ценную информацию об эволюции половых хромосом в целом и шатком будущем Y.
Оказывается, набор генов, определяющих пол, у утконоса в основном такой же, как и у других млекопитающих. Грейвс обнаружила, что эти приблизительно шестьдесят генов на самом деле удивительно сохраняются у всех позвоночных. Птицы, рептилии, амфибии и рыбы имеют более или менее тот же набор генов, что и млекопитающие, для создания семенников или яичников. Отличие заключается в главном переключателе, который запускает половой путь. У утконоса это оказался один из генов, который в оркестре и вышел на передний план, чтобы запустить весь процесс определения пола.
«SRY – лишь один из способов начать половой путь; это можно сделать с помощью почти любого гена, определяющего пол, – пояснила Грейвс, еще больше поразив меня. – Это самая странная вещь в определении пола. Есть куча способов повлиять на него, и кажется, что они разные, но на самом деле нет. Все они имеют отношение к половому пути из шестидесяти генов. Получается, пути схожи. Но триггер, влияющий на них, различен».
Геном утконоса показал Грейвс еще кое-что: Y-хромосома теряет генетический материал. Эта и без того небольшая хромосома становится все меньше. Грейвс изучила, чем эта хромосома у утконоса отличается от человеческой, и подсчитала, сколько генетического материала было потеряно за время, прошедшее с тех пор, как наши виды разошлись. Это позволило ей оценить, сколько времени может пройти, прежде чем человеческая Y-хромосома полностью исчезнет.
«Оказалось, что человеческая хромосома Y теряет около десяти генов за миллион лет, и у нее осталось всего сорок пять генов. Не нужно быть Эйнштейном, чтобы понять, что с такой скоростью мы потеряем всю Y-хромосому за ближайшие четыре с половиной миллиона лет».
Некоторым видным генетикам, особенно мужского пола, было довольно трудно принять новость о том, что их «маскулинная» хромосома находится на пути к полному исчезновению.
«Мне показалось это уморительным. Но Дэвиду Пейджу [выдающийся профессор генетики Массачусетского технологического института, который отрицает предсказание Грейвс] было вовсе не до смеха. Конечно, на него сразу напали феминистки со словами: “Эй, вы скоро выйдете в тираж!” По сей день в этой идее чувствуется какая-то скрытая враждебность. Особенно в отчаянной попытке Дэвида Пейджа спасти Y-хромосому и показать, что она совершенно стабильна. В то же время я думаю – какое это вообще имеет значение?» Грейвс уверена, что ее мрачное пророчество не приведет к вымиранию человечества. Она считает, что человеческие самцы выработают новый генетический триггер для своих гонад. Другие млекопитающие так и поступили. Щетинистые крысы из Японии (Tokudaia osimensis) и закавказская слепушонка (Ellobius lutescens) – примеры тех видов млекопитающих, которые полностью потеряли свои Y-хромосомы, но сохранили семенники. У самцов и самок есть только Х-хромосома, и их половые пути обусловлены совершенно другим, пока не идентифицированным основным геном, определяющим пол.
Среди малоизвестных маленьких бурых грызунов постоянно обнаруживаются новые хромосомные странности. В Южной Америке существует девять видов полевок из рода Akodon, у которых четверть самок имеют хромосомы XY, а не XX. Их Y-хромосома полна SRY, но они по-прежнему развивают яичники и производят жизнеспособные яйцеклетки. Предполагается, что у них есть новый главный ген переключения, который может подавлять всемогущий SRY.
Эти своеобразные грызуны с их несговорчивыми половыми хромосомами, по-видимому, являются эволюционной ошибкой. Грейвс согласна с этим утверждением: в принципе, так оно и есть.
«Если бы вы или я придумывали существо, мы бы никогда не додумались до чего-то столь нелепого, – сказала она. – Но это то, к чему пришла эволюция. И единственный способ, которым подобное можно объяснить, – то, что оно развилось из другой системы, и в эволюционном плане на то были причины, но эти причины нам пока неизвестны».
Грейвс посвятила свою карьеру исследованию эволюционной генетики пола у множества удивительных животных и до сих, пор когда ей уже за восемьдесят, с энтузиазмом относится к этой теме. Сейчас она «сдвинулась по эволюционной шкале назад» и изучает древних существ вроде ланцетников, Amphioxus – примитивных рыб без позвоночника, и даже нематод, круглых червей. К своему изумлению, Грейвс продолжает обнаруживать одни и те же старые гены в сходных половых путях, хотя и запускаемые разными триггерами. «Эти гены существуют уже долгое время. Они каким-то образом влияли на пол, не обязательно одинаково, но влияли. Мне это кажется жутковатым», – призналась она, сверкнув глазами.
Пол мастерски изобретает себя заново. Так и должно быть. В конце концов, это необходимо для того, чтобы виды, размножающиеся половым путем, сохранялись. Анархия общих генов, возможно, сотни миллионов лет назад, в начале половой жизни, была более логичной и линейной. Но эоны эволюционного времени оставили свой след, создав необычайное множество кажущихся бессмысленными, но в то же время каким-то образом функционирующих, состряпанных систем в этом постоянно развивающемся хаосе, определяющем пол.
«Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции», – мудро сказала Грейвс, процитировав печально известные слова Феодосия Добжанского, отца физиологической экологии. «Нужно просто смириться с мыслью, что так и должно было быть. Все для чего-то нужно. Все мы постоянно сталкиваемся с силами эволюции».
Путаница половых хромосом, наблюдаемая у млекопитающих, – лишь верхушка айсберга, когда речь заходит о поразительном разнообразии систем, существующих в природе. Начнем с того, что не все определения пола следуют генетической системе XY. Птицы, ряд рептилий и бабочки имеют почти одни и те же гены, определяющие пол, но на других половых хромосомах – большой Z и небольшой W. В этой системе нормой является обратная картина: самки – носители хромосом ZW, а самцы – ZZ. В этой альтернативной системе ген – главный переключатель пола может быть очень консервативным, как SRY у большинства млекопитающих, или варьироваться между близкородственными группами.
У некоторых рептилий, рыб и амфибий половая дифференциация может быть вызвана вовсе не основным геном, определяющим пол, а стимулироваться внешним фактором. Например, черепахи выплывают из моря на тропические пляжи, чтобы закопать свои яйца в песок. Яйца, инкубируемые при температуре выше 87,8 градусов по Фаренгейту, активируют гены для создания яичников, в то время как те, что инкубируются при температуре ниже 81,86, будут производить семенники. Температуры между двумя крайними значениями приводят к появлению смеси детенышей черепах мужского и женского пола.
Тепло – один из нескольких известных внешних стимулов, определяющих пол.
Воздействие солнечного света, паразитарные инфекции, уровень рН, соленость, качество воды, питание, давление кислорода, плотность населения и социальные условия (сколько представителей противоположного пола находятся по соседству) – все это способно влиять на пол животного.
У некоторых видов животных определение пола контролируется одним или многими из вышеперечисленных факторов. Это означает, что с полом и правда может быть путаница, если вы, например, лягушка.
У Николаса Родригеса, возможно, лучшая работа в мире. Весну он проводит в Швейцарских Альпах, бродя вдоль высокогорных прудов, окруженных заснеженными вершинами и зелеными пастбищами, поросшими дикими цветами, иногда встречаясь со стадом коз, – идиллия, прямо как в фильме «Хайди». Работа этого эволюционного биолога состоит в том, чтобы отлавливать лягушек: крошечных детенышей обыкновенных лягушек, Rana temporaria, которые только что претерпели метаморфозу и переходят из своих водяных яслей во взрослую жизнь на суше. Иногда ему приходится ждать по несколько дней и просто наслаждаться видами, пока внезапно не появляется целая армия маленьких прыгунов и не настанет пора заняться ловлей.
Если ему когда-нибудь понадобится помощница, – я в его полном распоряжении. Я провела одни из самых счастливых дней своего детства, ловя обычных лягушек в полях неподалеку от дома моих родителей. Как и Родригес, я была очарована милыми маленькими метаморфами, выпрыгивающими из пруда. Они виделись мне первопроходцами – исследователями эволюции, которые совершили большой скачок из воды на сушу около 400 миллионов лет назад. Перестройка тканей и органов внутри тел этих лягушат означает, что они переключаются на получение кислорода через зарождающиеся легкие, вместо того, чтобы отфильтровывать его из воды при помощи жабр. Многие выныривали с сувениром своей водной юности в виде непоглощенного кончика хвоста, что наводило меня на мысль о том, что они могут выходить из пруда со своими жизненно важными икринками, в которых развиваются и которые способны пропускать кислород.
Оказывается, эти юные амфибии были подвержены еще бóльшим метаморфозам, чем я могла себе представить. Примерно половина пойманных мной лягушек были в периоде серьезных изменений – их яичники должны были в скором времени превратиться в семенники, поскольку они переходили от жизни водной самки головастика к жизни наземного самца лягушки.