Текст книги "Зачем нужны мужчины"

Даже тем породам, у которых мутагенез не был искусственно ускорен, высокая частота перекрестного оплодотворения дала преимущество. В одной из двух контрольных пород OS даже без повышения скорости мутирования отказ от перекрестного оплодотворения привел к вырождению. Эксперимент также показал, что частота перекрестного оплодотворения у большинства «диких» пород WT оказалась заметно выше исходной. Это, пожалуй, самый важный результат. Он означает, что в жестких условиях (в данном случае таким условием была необходимость преодоления препятствия на пути к еде) естественный отбор дает явное преимущество особям, размножающимся путем перекрестного оплодотворения. Потомство таких особей оказывается более жизнеспособным.

Напоследок ученые решили проверить, помогает ли перекрестное оплодотворение адаптироваться к изменениям путем накопления полезных мутаций. На этот раз червям, чтобы добраться до пищи, нужно было преодолеть зону, заселенную патогенными бактериями Serratia. Эти бактерии, попадая в пищеварительный тракт червя, вызывают у него опасное заболевание, часто заканчивающееся смертью. Чтобы выжить, червям пришлось бы либо выработать иммунитет к ним, либо догадаться не есть вредные бактерии. Спустя 40 поколений породы OO (с перекрестным оплодотворением) отлично приспособились к новым условиям, породы WT (дикие) приспособились несколько хуже, а породы OS (самооплодотворяющиеся гермафродиты) не приспособились совсем – все черви этой группы погибли. При этом у WT вновь резко возросла частота перекрестного оплодотворения. Значит, перекрестное оплодотворение действительно помогает популяции приспосабливаться к меняющимся условиям, в данном случае – к появлению болезнетворного микроба.

Y-хромосома – двигатель эволюции

Говорят, что когда-то, очень-очень давно, когда жизнь на нашей планете была представлена только простейшими, все до единого микроорганизмы несли в себе только Х-хромосомы и никакого мужского пола не предполагалось. Он попросту был не нужен: все размножались делением и особо не грузились такой мелочью, как гендерная идентификация. Но потом произошла чудовищная мутация. Одна из Х-хромосом лишилась одного из четырех кончиков. То ли он просто потерялся, то ли два кончика срослись в один – непонятно. Получилась хромосома-инвалид, по форме напоминающая букву Y. Инвалид был микроскопически мал и передвигался в воде с помощью своих примитивных ресничек, тем не менее выжил и даже сумел наплодить себе подобных носителей таких ущербных хромосом. Так появился первый мужчина.

За все время своего существования, а если быть точнее, за 166 миллионов лет, Y-хромосома почему-то так и не эволюционировала в нечто более прекрасное.

Мужчина на генетическом уровне: Х– и Y-хромосомы, отвечающие за формирование мужского пола у большинства живых существ

Мало того, путешествуя во времени, она еще и лишилась 1393 из имевшихся в ней изначально 1438 генов. Впоследствии, правда, обездоленный Y кое-что поднакопил, и сейчас в составе хромосомы целых 78 генов, то есть в 18 (!) раз меньше, чем должно быть. Поэтому некоторые ученые оскорбительно называют мужскую гамету «почти полностью деградировавшей Х-хромосомой». Эти же некоторые ученые, подсчитав скорость потери генов Y-хромосомы, утверждают, что примерно через 125 тысяч лет несчастное недосущество окончательно деградирует, девальвирует, дезактивируется и навсегда исчезнет с лица Земли. Мужской пол опять растворится в эволюционных дебрях. Наверное, эти ученые – женщины.

Случается, отдельные слабые голоса в научном мире женщинам возражают и говорят: нет, мол, ничего подобного. Мы вот тут изучили хромосомы шимпанзе и со всей ответственностью заявляем: ничего никто не терял, все так и должно быть. И никуда хромосома исчезать не собирается, а так и будет существовать – да! – в таком виде! Нравится вам это или нет. Что-то нам подсказывает, что эти голоса принадлежат мужчинам.

Считается, что все генетически полезное для мужского пола накапливается в этой хромосоме и что она же собирает все то, что генетически вредно для женского пола (интересно, что вообще можно собрать с таким количеством генов?).

Y-хромосома – самая маленькая из всех человеческих хромосом, причем ее размер может сильно отличаться у разных мужчин. Она практически не способна к рекомбинированию – спонтанному соединению с другими хромосомами. Из всех 78 генов только 3 могут свободно перетасовываться в генетической колоде, что делает возможным с большой точностью определять предка по отцовской линии. И поэтому животноводы, подбирая пару производителей, следуют принципу превосходства мужской особи. Говоря простым языком, с точки зрения породы, более правильным должен быть кобель, а не сучка, жеребец, а не кобыла, кот, а не кошка. Это правило было известно с древнейших времен, и люди всегда стремились подобрать своим коровам, овцам и лошадям производителей, превосходящих самок по качествам.

Изменчивость неспособных к рекомбинации 75 генов Y-хромосомы обеспечивается только за счет мутаций. Другими словами, 95 % этой хромосомы представляют собой своего рода летопись всех мутаций, произошедших у данного вида животных. Генетическая информация по линии отца передается потомству в более устойчивом виде.

Подбирая пару производителей, животноводы предъявляют более высокие требования к мужской особи, нежели к женской

Соответственно, чем лучше отец, тем лучше потомство, чем хуже качества отца, тем хуже потомки. Но оставшиеся 5 % способных к рекомбинации генов дают нам такой богатый генетический материал, что это оправдывает все издержки, связанные с существованием мужского пола.

Самец может наделать сколько угодно детенышей, в отличие от самок, которые в количестве потомства сильно ограничены. Таким образом, у самцов возможности передачи новых генов значительно выше, чем у самок, поэтому мутации у мужского пола имеют большее значение для популяции, чем женские мутагенные изменения.

В настоящее время генетики нашли в Y-хромосоме около 160 единиц, способных изменяться. Почти 60 миллионов пар нуклеотидов этой хромосомы образуют хромосомные линии, которые по своей сути сходны с линиями молекулы ДНК, передающейся от яйцеклетки. Однако в ДНК присутствуют только точечные мутации, в то время как Y-хромосома с ее генетическими накоплениями – настоящий банк всевозможных изменений, хранимых ею практически все время своего существования. Поэтому Y-хромосома куда более ценна с точки зрения эволюции, чем Х-хромосома. Мало того, как выяснилось, Y-хромосома научилась противостоять деградации. Ее нуклеотидный состав симметричен, он состоит из двух одинаковых частей, расположенных зеркально относительно друг друга. Чтобы это было более понятно, приведем пример палиндрома в виде набора букв: АБААБА. Если это сочетание букв разделить на две части по средней линии, то мы получим зеркальную симметрию – палиндром.

Непарность Y-хромосомы – вот основа эволюции. Если у женщины одна из Х-хромосом каким-то образом изменилась, то вторая Х-хромосома, генетический близнец пострадавшей, будет противостоять мутации и сведет ее проявления к минимуму. А у мужчин хромосомы-дублера нет. Подсчитано, что у каждого мужчины в Y-хромосоме содержится не менее 600 нуклеотидов, отличающих его генотип от генотипа отца, – это в тысячи раз больше вариантов наследственности, чем может обеспечить естественная мутация.

Конечно, это не всегда дает только положительный результат. Непарность Y-хромосомы приносит и гнилые плоды. Существуют наследственные заболевания, которыми болеют только мужчины или преимущественно мужчины, а женщины, оставаясь здоровыми, всего лишь носительницы этого заболевания.

Самый известный пример – гемофилия, или несвертываемость крови. «Неправильный» ген передается от матери к сыну, но сама мать при этом остается здоровой. Женщина заболеет только в том случае, если у нее дефектный ген появится в обеих Х-хромосомах.

Такая же печальная история с дальтонизмом – особенностью цветового зрения у людей и приматов, при котором дальтоник полностью или выборочно не различает цветов. Женщины-дальтоники встречаются в 20 раз реже, чем мужчины, хотя носитель дальтонического гена – женский пол.

Конечно, у мужчин не вырастает третья рука или вторая голова. Эти мутации гораздо менее заметны, поскольку спрятаны глубоко в генах, и в крайних случаях могут быть обнаружены при серьезных медицинских исследованиях. У мужчин куда чаще, чем у женщин, обнаруживаются отклонения в строении тела, например дополнительная мышца или нестандартное развитие кровеносной системы. Это не просто ошибка природы. Природа экспериментирует, проверяя все возможные вариации – а вдруг такой финт будет полезен будущим поколениям?

Дарвин отмечал, что многопалость (полидактилия) у мужчин встречается в полтора раза чаще

При благоприятных условиях те, кто не имеет мутаций, и те, кто их имеет, размножаются одинаково. Но если условия окружающей среды резко меняются, то уже буквально во втором поколении выясняется, кто чего стоит и насколько оправданно нововведение. Если мутация удачная, то ее носитель закрепит себя в потомках. Если неудачная, то носитель погибнет, прекратив передачу нового гена последующим поколениям.

Конечно, у человека эволюция происходит не с такой скоростью, как у животных. Мы приносим куда меньше потомства и создаем для себя максимально комфортные условия для выживания. Но механизм работы Y-хромосомы теперь вполне понятен. Мужской пол – своего рода экспериментальный материал и кладовая новых генетических комбинаций. Мужскому полу теперь до скончания века приходится на своей шкуре отрабатывать все эволюционные новшества, а женскому – сохранять и преумножать лучшее.

Разделение на два пола – это и есть та самая специализация, то самое разделение труда, которое жизненно необходимо для наилучшего выполнения глобальной задачи всего живого: эволюционировать. Гермафродитизм в этом отношении невыгоден тем, что его носители ведут себя одинаково, у них стерты различия в полоролевом поведении и предназначении. У них нет выраженных самцов и самок, они представляют собой усредненное нечто и ведут себя одинаково. Соответственно, у них нет и разделения труда, и со своей сверхзадачей они справляются значительно хуже.

За то, что мы все такие разные, мы должны благодарить Y-хромосому

Наконец, именно двуполому размножению мы обязаны своей личной индивидуальностью. За то, что на земле нет двух одинаковых людей, мы должны благодарить Y-хромосому. Спасибо вам, мужчины!

Глава 3
Мужчина как явление природы

Думается, что мир без мужчин был бы прекрасен. Не было бы оружия, исход войн решался бы на подиумах, а автомобили без встроенной косметички были бы запрещены к производству. Но в определенный период развития жизни на Земле что-то пошло не так и миру явился Мужчина – агрессивный, с раздутым самомнением, с непомерным желанием лидерства и готовностью в любой момент помахать кулаками. Мир захватили самцы. Они объявили себя вожаками стай и прайдов, вообразили, что только они в состоянии решать глобальные проблемы и спасать мир.

Но жизнь мужчин не так безоблачна, как может показаться. Эволюция словно проверяет мужчин на прочность и выживаемость, причем делает это на протяжении всей их жизни – от зачатия и до последнего вздоха.

Легко ли стать мужчиной?

В ответ кто-то усмехнется, кто-то нахмурится, а кто-то покраснеет. Но нет, речь пойдет совсем не об ЭТОМ, а о том, как родиться мужчиной. Речь пойдет об Y-хромосоме. О той самой хромосоме, которая определяет мужской пол.

Хромосомы, определяющие пол, хранятся в сперматозоидах. Впервые половые клетки мужчин описал Антонио ван Левенгук в 1677 году: есть подозрение, что именно для этого он изобрел микроскоп. Левенгук назвал сперматозоиды «семенными зверьками» и предположил, что каждый сперматозоид представляет собой отдельный живой организм, который, попав в тело женщины, развивается в более-менее жизнеспособное существо. Позднее, конечно, выяснили, что никаких зверьков там нет, но вклад Левенгука в приоткрытии тайны зачатия остается весьма значительным.

Современные микроскопы позволили изучить половые клетки досконально. Сперматозоиды большинства млекопитающих, в том числе и человека, имеют вид овальной клетки – головки, снабженной длинным жгутиком. Головка несет всю необходимую для будущего потомства генетическую информацию в виде 23 хромосом (у человека), а с помощью хвостика сперматозоид перемещается.

Но случаются в природе и забавные отклонения от общепринятой нормы. У некоторых сумчатых животных сперматозоиды проявляют невиданный коллективизм и живут попарно, соединенные, как сиамские близнецы, незримой, но крепкой связью. Даже передвигаясь, своими хвостами они работают синхронно. Расходятся неразлучные друзья непосредственно перед оплодотворением, как говорится – дружба дружбой, а служба службой. У рыб тетрадонов каждый сперматозоид снабжен двумя хвостами, а самые хвостатые живчики – у ракообразных, по нескольку жгутиков у одного экземпляра. У крыс и мышей головка сперматозоида не яйцеобразная, как у человека, а крючкообразная, у петухов же, например, она похожа на пиявку.

Встречаются в природе шарообразные сперматозоиды, сперматозоиды, у которых нет жгутиков, и амебообразные. Размер этой клетки у каждого биологического вида свой и никак не зависит от размеров особей. Например, сперматозоиды мышей в 1,5 раза больше, чем человеческие, у тритона – в 6 раз, у воробья – в 4, а у крокодила – в 2,5 раза меньше.

В среднем за сутки в организме мужчины вырабатывается около 10 миллионов половых клеток. Но эта цифра может сильно отклоняться в ту или иную сторону.

Средний размер сперматозоида человека – около 55 мкм «от кончика носа до кончика хвоста». Головка меньше жгутика в 10 раз: размер головки составляет всего-навсего 5 мкм, хвостика – 50 мкм. По сравнению с яйцеклеткой сперматозоид просто карлик – диаметр его головки в 20 раз меньше диаметра яйцеклетки.

Скорость передвижения сперматозоидов зависит от многих показателей, она индивидуальна у каждого мужчины в данный момент. В среднем определяется как 9-25 см/ч. Среднее расстояние, которое надо преодолеть сперматозоиду, – 25–30 см. От попадания в половые пути женщины до обнаружения яйцеклетки ему требуется где-то полтора часа, при этом он не просто движется в некоем абстрактном направлении, куда захотелось, а идет прямо к цели по заранее намеченному маршруту, запросто обходит препятствия и даже (что подтверждают последние исследования) активно ищет потерявшуюся цель.

Миллионы сперматозоидов движутся в направлении яйцеклетки, преодолевая путь, полный опасностей. Но повезет только одному!

Ученые установили: у человека способны к оплодотворению от 1 до 5 % сперматозоидов – и только! Все остальные – своеобразный брак или такие клетки, задача которых – не слияние с яйцеклеткой, а поиск и блокирование чужих сперматозоидов, если вдруг таковые окажутся в женских половых путях. Попав в организм женщины, полноценные оплодотворители живут в нем от 24 до 72 часов, а при очень благоприятных условиях – и до недели. И в любую секунду этого отведенного им времени они готовы к зачатию.

Сперматозоид мужчины. Трехмерное моделирование

Нормальный сперматозоид по своей физической подготовке не уступает бойцу отряда специального назначения. Судите сами: для того чтобы проползти расстояние в 1 см, живчику надо сделать целых 800 движений хвостиком, то есть, чтобы преодолеть весь путь, ему понадобится вильнуть жгутиком 24 000 раз!

Собственно сперматозоидов в сперме всего лишь от 3 до 5 %. Остальное – семенная жидкость, состоящая из более чем 30 компонентов, среди которых фосфор, калий, азот, кальций, хлор, цинк, витамин В₁₂, антигены группы крови, холестерин, креатин, фруктоза, глютатион, гиалуронидаза, инозитол, молочная кислота, лимонная кислота, аскорбиновая кислота, пировиноградная кислота, натрий, сорбит, спермидин, спермин, мочевина, мочевая кислота, ряд гормонов и почти ноль калорий. Эти вещества помогают сперматозоидам сохранять жизнеспособность, двигаться в женских половых путях и растворять оболочку яйцеклетки, чтобы проникнуть в нее. Семяизвержение начинается со сперматозоидов, а семенная жидкость выпрыскивается следом за ними, когда они проходят мимо предстательной железы.

В одной порции эякулята количество сперматозоидов у разных мужчин может колебаться от нескольких десятков миллионов до ничего. Установлено, что небольшие перерывы в половой жизни способствуют повышению количества сперматозоидов вдвое, а длительные – их катастрофическому снижению. Как считают специалисты Всемирной организации здравоохранения, для того чтобы мужчина мог зачинать детей, в одном миллилитре его спермы должно быть не менее 20 миллионов сперматозоидов, а объем одного эякулята должен быть не менее 2 мл. Большинство мужчин укладывается в пределы от 2 до 5 мл и от 20 до 300 миллионов сперматозоидов. Если количество сперматозоидов составляет менее 20 миллионов – говорят об олигоспермии, отсутствие сперматозоидов вообще называют азооспермией. Первый случай делает зачатие маловероятным, второй – невозможным.

На мужскую плодовитость непосредственное влияние оказывает подвижность сперматозоидов. Мужские половые клетки принято делить на четыре категории в зависимости от их способности передвигаться:

• категория А – движутся быстро по прямой траектории; скорость их движения не ниже 0,025 мм/с;

• категория B – движутся все еще прямо, но уже со скоростью менее 0,025 мм/с;

• категория C – малоподвижны, скорость движения хаотична;

• категория D – полностью неподвижные сперматозоиды.

Чем больше в семенной жидкости подвижных скоростных сперматозоидов категории А, тем выше у мужчины шансы стать отцом.

В зависимости от набора хромосом, которыми обладает тот или иной сперматозоид, их можно условно разделить на «девчачьи» (с одними X-хромосомами) и «мальчуковые» (несущие ту самую, заветную хромосому Y). «Девчачьи» сперматозоиды, как и положено женскому полу, живут дольше, но скучнее: они не такие шустрые. «Мальчуковые» сперматозоиды обладают более высокой скоростью передвижения, но живут почти в два раза меньше.

Пол зачатого ребенка определяется тем, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку. За это отвечает один-единственный ген SRY (Sex Determining Region of Y) – в переводе «определяющий пол участок Y-хромосомы». Он начинает работать после шестой недели жизни человеческого плода. Если яйцеклетку оплодотворил сперматозоид с двумя Х-хромосомами, готовьте розовые ленточки. А если до цели первым доберется сперматозоид, несущий одну Х– и одну Y-хромосому, то запасайтесь пистолетиками, рогатками и машинками: у вас будет мальчик.

Пол будущего ребенка зависит от того, какую гамету несет сперматозоид

Итак, вроде бы понятно: для того чтобы стать мужчиной, достаточно иметь в своем распоряжении Y-хромосому. Но не торопитесь. Не все так просто.

Изначально все эмбрионы тяготеют к женскому полу, и мужчинам, чтобы сформировать свои первичные половые признаки, приходится изрядно постараться: человеческий плод первые шесть недель развития имеет абстрактную половую железу, которая только потом развивается или в яичники, или в яички. При этом эмбрионам, имеющим в своем наборе женскую пару ХХ-хромосом, дополнительных условий для превращения в полноценную женскую особь не требуется. А вот обладатели мужского набора, состоящего из Х– и Y-хромосом, станут настоящими мужчинами только в том случае, если в этой самой Y-хромосоме присутствует фактор, определяющий наличие семенников, а также если количество мужских гормонов будет достаточным для запуска механизма формирования мужских половых признаков.

Но и это еще не все. У Y-хромосомы очень высокая скорость мутации. Дело в том, что в той части тела, где вырабатываются сперматозоиды, среда не просто кислая, а очень кислая. Сперматозоиды же кислоту терпеть не могут, потому что она их разрушает. Наши неженки предпочитают щелочную среду. Из-за пребывания в кислой среде мужские половые клетки начинают мутировать. Но и на этом злоключения несчастной хромосомы не заканчиваются. Сперматозоиды подвергаются многочисленным клеточным делениям, что тоже ведет к повышению случаев мутации. И при всей такой не сложившейся личной жизни на сперматозоидах лежит очень большая ответственность: закладывать пол будущего человека.