Текст книги "Хлопок одной ладонью"

С молекулярной точки зрения этот сложнейший процесс требует, во-первых, отсутствия плотной клеточной стенки, во-вторых, подвижного каркаса мембраны – цитоскелета и, в-третьих, регулируемого аппарата почкования и слияния мембран. В генах локиархей как раз и нашлись зачатки белков, потенциально позволяющих управлять мембраной по-эукариотически^{26, 28}.

На самом деле пожирание клеток – только одно из применений более широкого явления под общим названием мембранный или везикулярный транспорт. В общем случае это способность мембран гнуться, сливаться и почковаться, создавая разнообразные везикулы, вакуоли, цистерны и отростки. Есть эндоцитоз (то же самое явление, что фагоцитоз, но необязательно заканчивающееся растворением) – это когда клетка поглощает внешний объект, обволакивая его везикулой. Везикула отпочковывается от наружной мембраны и движется внутрь. Есть экзоцитоз – это когда, наоборот, к мембране изнутри подходит везикула, сливается с ней и выпускает наружу свое содержимое. Так работает, например, выброс нейромедиаторов – сигнальных молекул, передающих сообщения от одной нервной клетки к другой.

Помимо роли в собственно транспортировке молекул наружу и внутрь клетки, везикулярный транспорт считается причиной существования органелл. Бактерия – это клетка-пузырь, а эукариот – пузырчатая клетка. У бактерий внутри клеточной мембраны никаких других мембран нет. У эукариот куда ни плюнь – везде мембраны. Мини-клетки, каждая с собственными внутренними свойствами и функциями. Стопки плоских цистерн, сети разветвленных трубок, пузырьки-везикулы, ядро с двумя мембранами и, конечно, митохондрии, а иногда и хлоропласты.

Прометей – это Локи

Совсем недавно группа японских ученых опубликовала результаты 12-летнего эксперимента по культивации глубоководных архей. Результатом этой работы, выполненной с поистине японской самоотверженностью, стала первая в истории изоляция настоящей, живой локиархеи²⁹.

Биологический материал для культивации был взят из метановых сипов – глубоководных источников этого газа на морском дне. Метан (СH₄), как и углекислый газ (CO₂), состоит из одиночных атомов углерода, только вместо двух атомов кислорода они связаны с четырьмя атомами водорода. Метан – конечный продукт разложения органического вещества в отсутствие кислорода. Всевозможный морской компост оседает на дне и постепенно накапливается там плотной подушкой ила, куда кислород плохо проникает. В глубине подушки сидят микроорганизмы, неспособные переносить кислород, – анаэробы, «безвоздушники» – и доедают эти падающие на них объедки биосферы, выделяя при этом метан. Тот поднимается к поверхности и проникает в воду и атмосферу через метановые сипы.

Метановые сипы остаются одним из редких уголков планеты, где жизнь протекает в бескислородных условиях, и поэтому ученые надеялись выделить из них кого-нибудь из наших ближайших архейных родственников, то есть из представителей Асгарда. Поскольку эукариоты уникальны среди асгардцев наличием кислородпотребляющих митохондрий, искать всех остальных архей этой группы нужно там, где кислорода нет.

Пробу, взятую в сипах, поместили в биореактор, воссоздающий внутреннюю среду этих источников. Типичные лабораторные микроорганизмы в растворе питательной среды быстро преумножаются, за одну ночь тысячекратно увеличиваясь в количестве. В этом же случае исследователям пришлось ждать 2000 суток – пять с половиной лет. На оптимизацию и очистку культур ушло еще несколько лет, но в результате ученые своего добились: у них в руках наконец оказалась пробирка с представителями до сих пор исключительно «виртуальной» группы локиархей.

До сих пор археи Асгарда изучались метагеномикой: слепым анализом фрагментов ДНК, найденных на морском дне. Самих этих архей никто никогда не видел. И вот перед нами живые асгардцы, да не какие-нибудь, а едва ли не самые близкие родственники эукариот, о которых на сегодняшний день известно. Это бесценный источник сведений о происхождении нашего домена. Да и вообще, воочию увидеть такое «живое ископаемое» – это как встретить живого неандертальца.

Японские ученые назвали выделенный таким образом организм Prometheoarcheum – архея-Прометей. То есть, видимо, связующее звено между богами-археями и людьми-эукариотами, а может, между скандинавской мифологией и древнегреческой. Все это создает совершенно нелепую путаницу, потому что получается, что Прометей – это один из видов Локи.

Первое, что можно сказать о Прометее: существо это до неприличия хилое. Вместо грозного хищника, вращающего мембранами, он оказался мелким, малоактивным одноклеточным, у которого уходит от 14 до 25 дней на одно-единственное деление. Как и предполагалось, дышать Прометей не умеет. Что он умеет, так это перерабатывать аминокислоты, для чего у него есть большой арсенал подходящих ферментов. То есть, видимо, Прометей питается теми самыми объедками биосферы, которые падают с поверхности океана. Но самое интересное в том, что даже это он не может делать в одиночку. Его успешная культивация требует симбионтов, осуществляющих завершающие стадии превращения аминокислот в метан. То есть без метаболических товарищей Прометей совершенно беспомощен. В пробирках японских ученых он сожительствовал с другой археей, Methanogenium, но авторы работы предполагают, что подобную роль «товарища» могли на заре времен играть и бактерии – предки будущих митохондрий.

Еще одно интригующее свойство археи-Прометея – это его уникальная форма. Он представляет собой шарообразную клетку с несколькими ветвящимися мембранными отростками. На основании этой формы и метаболической беспомощности Прометея, авторы предлагают альтернативу «хищной» модели эндосимбиоза. Им видится не большая клетка, заглатывающая маленькую и внезапно осознающая выгоду сотрудничества, а уже существующий симбиоз, который постепенно превращается из коллектива клеток в коллективную клетку, обретающую тем самым новые возможности и способности. Если верить японским специалистам, то пожирание клетки клеткой – это не причина, а результат эндосимбиоза археи с митохондрией. Такое мнение, кстати, уже высказывалось другими специалистами, которые считают, что без митохондрий фагоцитоз бессмыслен: добычу просто не переварить³⁰.

Эта обновленная Прометеем модель эукариогенеза может объяснить среди прочего происхождение эукариотического ядра – двумембранной оболочки, окружающей в каждой нашей клетке генетический материал. Среди разных взглядов на этот вопрос традиционно популярнее всего была так называемая версия «снаружи-внутрь»: существовала архея, у которой в середине плавала ДНК, а затем мембрана этой клетки вогнулась внутрь глубокими складками, которые распластались сферой вокруг генов и окружили их двойной мембраной. Но сегодня набирает популярность и противоположная версия «изнутри-наружу»: сначала была клетка-ядро, а цитоплазма снаружи произошла из ее отростков³¹. Наличие ветвящихся отростков у Прометея делает эту версию более правдоподобной.

В союзе с огнем

С открытием архей Асгарда логика эукариогенеза стала проясняться. Почти наверняка известно, что эукариоты происходят из союза археи с бактерией под давлением кислорода. Ответственность за это в конечном итоге лежит на фотосинтезе, накачавшем планету токсичным газом и заставившем «безвоздушников» прятаться. Некоторые бактерии придумали способ обезвредить кислород, приспособив его в качестве нижней ступеньки электрон-транспортной цепи. Возникшее таким образом дыхание позволило этим организмам не только решить проблему кислородной токсичности, расширив для себя обитаемое пространство, но и использовать силу кислорода для многократного повышения эффективности питательных веществ. Эти предприимчивые бактерии, предки митохондрий, дерзко схватившие за горло опасного кислородного льва, – одни из наших предков.

В то же время среди архей была группа, которая дышать не умела, но обладала подвижной, гнущейся мембраной. Возможно, это были первые хищники в природе, уже умеющие глотать чужие клетки целиком. Возможно, это были не устрашающие пожиратели, а хиляки наподобие Прометея, которые своими ветвящимися щупальцами опутывали метаболических партнеров. Что бы ни представляли из себя эти существа, это тоже наши предки.

На каком-то этапе оба этих предка поняли, что им хорошо вместе. Бактерия защищена от других хищников, которые могут ее съесть и не пожалеть, а архея – та вообще в шоколаде, потому что мало того, что ей теперь не страшен кислород, у нее вдруг стало в десять раз больше энергии, которую ей в форме АТФ штампует кислородная бактерия. И вот эта бактерия становится полунезависимой органеллой с постоянным местом жительства в архейной цитоплазме.

Этот момент слияния двух доменов можно считать рождением третьего, эукариотического. (Впрочем, «момент» запросто мог быть растянут на миллионы лет.) Мы появились в результате противостояния кислороду, которое в итоге сделало нас многократно сильнее.

Рождение личности

Возникновение эукариот знаменует союз двух способов эксплуатации среды, будто созданных друг для друга: хищничества и дыхания. Первый позволяет превращать целые чужие организмы в питательные вещества. Второй извлекает из питательных веществ максимум энергии. Поэтому эукариот с митохондрией – это не просто корабль, на котором гены плывут сквозь время, а настоящая «Звезда смерти», принципиально новое слово в живой природе³⁰.

Но важнее, на мой взгляд, не боевая мощь дышащего эукариота. Важнее его организменность.

С возникновением эукариот происходит перелом «бактериального мышления». В примере с устойчивостью к антибиотикам я говорил, что бактерии – существа «множественного числа», оперирующие не как отдельные организмы, а как целые популяции, штаммы. Эукариоты впервые начинают оперировать не только как штаммы, но и как личности.

Условно говоря, в какой-то момент прошлого существовала архея с дышащей бактерией внутри, и была генетически точно такая же архея, но без бактерии. Первая архея победила не потому, что у нее были лучше гены, а потому, что ее индивидуальная жизнь как организма оказалась более продуктивной – ей удалось обзавестись митохондрией. Для среднего прокариота значение имеет только набор генов в пределах клетки. С возникновением эндосимбиоза, при котором одни клетки живут в других клетках, становится важна не только генетическая информация, а личная история организма. Я считаю, что отсчет эукариотической «организменности», нашей эволюционной ставки на совершенство в пределах поколения, нужно вести именно с этой точки.

«Звезда смерти» эукариотической клетки – это такое большое вложение капитала, что его уже не выкинешь при первом погодном капризе. Она заинтересована в долгосрочном выживании. Это бактерии могут позволить себе терять 99 % населения и за пару часов возвращаться к исходным числам. Эукариотический организм – масштабный продукт масштабной операции по добыче энергии. На его производство требуется время и большое количество питательных веществ. Поэтому сам факт существования эукариот, этих ядерных ракетоносителей, направляет их эволюцию в сторону дальнейшего усложнения: как бы продлить дорогим организмам жизнь, как бы их размножить не один раз, а хотя бы несколько, как бы научить их получше приспосабливаться к окружающей среде без необходимости уничтожать неудачные варианты. Ну и, конечно, как бы их вооружить для поедания кого-нибудь другого, чем крупнее – тем лучше. В итоге появляется половое размножение, увеличивающее изменчивость в расчете на поколение, многоклеточность, позволяющая создавать новые организмы без исчезновения старых, и мозг, позволяющий адаптироваться к среде не за миллион лет, а за секунду. А также зубы, когти, жала и желудки.

Мы, эукариоты, с самого начала сделали ставку на сложность и до сих пор пожинаем плоды этого решения. Вступив в союз с митохондрией, наши предки, археи Асгарда, подсели на кислородную иглу. Чем больше энергии они жгли, тем они были крупнее, сложнее и совершеннее. И тем больше от них требовалось, чтобы поддерживать свою крупность, сложность и совершенство. Вдохнув кислорода и не умерев, они вскочили на эволюционный поезд, с которого им было уже не слезть.

Если человек перестает дышать, в течение нескольких минут нейронам его головного мозга становится остро не хватать запасов энергии. Этот мозг – энергетическая кульминация жизни на земле. Наше огромное теплокровное тело и так топит питательно-дыхательную печку на пределах биохимических возможностей, но мозг потребляет в десять раз больше энергии в расчете на вес, чем организм в среднем. Почти вся эта энергия уходит на поддержание заряда на мембранах сотни миллиардов нейронов^{32, 33}. Если поставки энергии сокращаются (именно сокращаются, а не прекращаются – без кислорода питательные вещества вполне можно расщеплять, просто не так эффективно), то буквально за минуты заряд на мембранах начинает падать, что в конечном итоге вызывает неконтролируемый выброс нейромедиаторов, судороги и смерть. У человека нет зависимости сильнее, чем от этого газа, в свое время едва не уничтожившего жизнь на Земле: несколько минут без кислорода – и нам вышибает пробки. Ну не ирония ли это судьбы?

4. Чего ни сделаешь ради любви

 
Не житье мне здесь без милой:
С кем теперь идти к венцу?
Знать, судил мне рок с могилой
Обручиться молодцу.
 

Лучина. Романс

Драконьи лорды Таргариены в «Игре престолов» с древних времен женили братьев на сестрах с тем, чтобы поддерживать «чистоту своей крови». Этим для оправдания своих интимных отношений регулярно пользуются близнецы Джейме и Серсея Ланнистеры, но их, конечно, мало кто слушает. Разница между ними в том, что Таргариены практиковали инцест ради своего рода, а Ланнистеры – ради себя.

Для кого мы делаем то, что мы делаем? Что заставляет нас жить, двигаться, совершать поступки?

Бактерия, например, движима своими генами, то есть историей своих предков, как Таргариены. Эти гены, несущие в себе память о всех перипетиях своей эволюционной траектории, создают бактерию, как средство своего выживания, поэтому она не может не следовать их интересам. В интересах генов – чтобы бактерия двигалась и размножалась. Бактерия – это копия своих предков, поэтому с редкими, случайными исключениями она поступает во всем точно так же, как они[10]10
  Эту ситуацию опять-таки усложняет горизонтальный перенос генов: бактерии могут получать часть генов не от предков, а от сородичей в форме плазмид, небольших пакетов ДНК, которые, например, могут кодировать ген устойчивости к антибиотику. Возможно, на ранних этапах развития жизни горизонтальный перенос генов и вовсе существовал на равных с вертикальным, но сегодня большинство бактериальных генов централизованно передается от предка к потомку, и только некоторые «гуляют» между клетками.


[Закрыть]. Бактерия живет ради своего рода по определению.

Как и бактерии, мы во многом подражаем своим предкам. И все-таки каждый человек уникален и отличается от родителей по всем статьям, от отпечатков пальцев до свойств характера. Если бактерии наследуют все параметры родительского организма, то люди наследуют скорее общие принципы его устройства. А это дает нам больше свободы двигаться, мыслить и спрашивать: «А для кого это все?» Человек слишком свободолюбив, чтобы всецело плясать под генетическую дудку.

У бактерий нет других мотиваций, кроме генетических. Для бактерии нет смысла в вопросе, делает ли она что-то для себя или для своего рода – это для нее одно и то же. Но человек может идти против генов, против прошлого, против воли собственной семьи.

Откуда в нас это свободолюбие?

Ошибки Ланнистеров

Чтобы понять, в чем проблема близкородственных браков, нужно знать одну ключевую деталь нашего устройства. Мы состоим из диплоидных клеток. Это означает, что в каждой клетке нашего организма по две штуки каждой из хромосом, а значит, по две штуки каждого гена. Но эти две штуки – не просто копии. Парные, или гомологичные, хромосомы – два независимых архива, заполненных разными версиями, или аллелями, одних и тех же генов. Один из архивов достается нам от отца, другой – от матери.

Каждый человек носит у себя в геноме массу ошибок, или мутаций. Но, поскольку генов очень много, каждая конкретная ошибка очень маловероятна. Если у вас два варианта каждого из генов, то почти наверняка на каждую мутацию найдется запасная версия без ошибки, и никаких проблем не будет. Но если родители – близкие родственники, то их гены изначально похожи, поэтому с большой вероятностью мутации у них в одних и тех же местах. Вероятность, что ребенок останется без резервной версии нужного гена, резко повышается.

Этим и опасен инцест: он как бы обнажает мутации, замаскированные диплоидностью. Из-за этого в близкородственных браках гораздо чаще рождаются больные дети^1–3.

В чем тогда состоит смысл «очистки крови», практикуемой Таргариенами в «Игре престолов», а также селекционерами собак или любых других породистых животных? Опять-таки вопрос в том, для кого мы делаем то, что мы делаем. Инцест – это плохо с точки зрения людей, рожденных с уродствами и страшными болезнями, но хорошо с точки зрения их рода – дома Таргариенов или, например, породы фокстерьеров. Уроды и больные не оставляют потомство, а значит, прекращают движение своих аллелей в будущее, тем самым отсеивая их из «крови», то есть пула генов. Инцест как бы концентрирует загрязнения, растворенные в стакане генетической воды, отчего они выпадают в осадок, а вода становится чище⁴.

Почему Таргариенам можно, а Ланнистерам нельзя? Потому что Ланнистеры думают о себе и своих детях, а Таргариены – о целом роде. Инцест может быть хорошей идеей, только если на нем основана вся твоя родословная и интересует тебя ее дальнейший успех в далеком будущем. В краткосрочном же интервале, и с точки зрения отдельно взятых детей от близкородственного брака, в нем нет ничего хорошего.

Последствия близкородственных браков, точнее их отсутствие в других браках, иллюстрируют очередное принципиальное отличие нашего организма от бактерии. Благодаря этому отличию мы не копии своих родителей, а уникальные, невоспроизводимые личности.

Мы не просто наследуем свои гены от предков. Мы наследуем по половине генов из двух независимых источников. По сравнению с бактериями мы – организмы-химеры, несущие в себе не просто волю предыдущих поколений, а нашу собственную, уникальную, случайно выпавшую нам из родительского генома комбинацию мотиваций. У этого случайного смешивания генов есть название: половое размножение.

КСТАТИ

В испаноязычных культурах подобным образом наследуются фамилии. Они тоже состоят из двух частей: например, у человека по имени Пабло может быть фамилия Гарсия-Санчес. Эта фамилия состоит из отцовской половины и материнской половины, причем и у отца, и у матери тоже двойные фамилии (в нашем примере их могут звать, скажем, Диего Гарсия-Мендес и Мария Санчес-Кампос), половина из которых при наследовании теряется. Традиционно отцовская половина шла первой, но сегодня есть варианты и с порядком половин, и с выбором половины для дальнейшего наследования, что еще больше приближает процесс к передаче хромосом.

Я помню чудное мгновенье

В какой-то момент два наших одноклеточных предка слились в одного. Это стало возможным благодаря все тому же новомодному мембранному аппарату, который незадолго до этого позволил археям из Асгарда стать эукариотами: проглотить митохондрию, окружить ДНК ядром и заполнить себе клетку пузырями-органеллами. Большинство архей и бактерий покрыты броней клеточной стенки. Предки же эукариот сбросили эту броню и вместо этого отрастили цитоскелет – подвижные клеточные кости, на которые, как на растяжку, натянута мягкая мембрана. Цитоскелет позволяет контролировать ее изгиб, движение и почкование. А такая подвижность мембран позволила двум эукариотам слиться, смешав содержимое своих клеток в одну клетку-химеру.

КСТАТИ

Большинство потомков этих первых «мягких» эукариот все-таки вернулись к идее клеточной стенки, окружив свои клетки новыми типами брони: из целлюлозы, как у растений, из хитина, как у грибов, или даже из кремнезема, как у диатомей, благодаря чему эти одноклеточные существа выглядят сделанными из стекла. «Мягкоклеточность», подобная той, что была у древних эукариот, – одна из наших важнейших отличительных черт как представителей царства животных, так что к теме клеточной стенки мы еще вернемся.

В живой природе почти всё начинается со случайности, но почти все случайности ничем не заканчиваются. Можно предположить, что так было и тут. Наверняка слияния двух или даже нескольких клеток случались и раньше. И наверняка в большинстве случаев на этом сексуальные приключения участвующих клеток заканчивались: поплавает-поплавает клетка-химера – и сгинет. Но однажды в химере что-то щелкнуло, и она стала делиться – сама, целиком. С двумя наборами генов, которые раньше воспроизводились независимо друг от друга. В этот момент случайно слившиеся клетки превратились в нечто новое – диплоид. Два ее набора хромосом стали наследоваться как один[11]11
  По другой версии, изначально диплоидность – не результат слияния двух клеток, а результат удвоения генома одной^{6, 7}. Любая клетка, даже бактериальная, удваивает свой геном перед каждым делением с тем, чтобы каждая дочерняя клетка получила по копии каждого гена. Когда приходит время делиться дочерним клеткам, они снова удваивают геном и снова делятся. Легко представить клетку, которая по каким-то причинам пропустила одно деление в этой последовательности удвоений-делений-удвоений-делений.


[Закрыть]⁵.

Но диплоидность – это еще не половое размножение, а только его предпосылка. Слияние двух «одинарных» клеток в одну «двойную» называется оплодотворением. Помимо оплодотворения, для полового размножения нужен еще обратный процесс: превращение «двойной» клетки в «одинарную». Этот процесс, оплодотворение наоборот, называется мейозом, а «одинарные» клетки – гаплоидными^8–10.

Понять, зачем нужен мейоз и вообще половое размножение, проще всего на примере тех, у кого его нет – и это, как обычно, бактерии.

Вообразим себе на секунду бактериальный секс. Пускай две бактерии в порыве нежности сбросили свои клеточные стенки и слились, объединив свои хромосомы. Поскольку у каждой из бактерий всего одна хромосома, у нас получилась диплоидная бактерия с двумя хромосомами. Если она решит провернуть мейоз и разобьет эту пару хромосом на две отдельные клетки, то в результате получатся ровно те же две бактерии, с которых все началось. Совершенно непонятно, зачем им может понадобиться такой бессмысленный цикл.

КСТАТИ

На самом деле нечто подобное сексу у бактерий все-таки существует и называется конъюгацией. Но полноценного слияния клеток и геномов при этом не происходит. Вместо этого между двумя бактериями устанавливается мостик, по которому передается небольшое генетическое послание – плазмида. Это скорее напоминает обмен новостями, чем оплодотворение. В долгосрочной перспективе конъюгация усиливает сходства между организмами, а секс – различия.

Но если у каждой из клеток-партнеров хромосом не одна, а хотя бы две, то в слиянии с последующим мейозом появляется смысл. И действительно, разделение генома на многочисленные хромосомы – одно из ключевых отличий эукариот от бактерий.

Чем больше хромосом, тем больше новых комбинаций, которые можно из них составить. При оплодотворении все хромосомы смешиваются, а при мейозе каждая пара хромосом случайно распределяется между дочерними клетками. Если хромосом две, то возможны уже не только два исходных варианта, а еще два других, смешанных, итого 4. Если хромосом 3, то вариантов 8. А 23 пары хромосом, как у нас, позволяют скомбинировать их 8,3 млн возможных способов. В такой рекомбинации, или попросту перемешивании, и состоит смысл полового размножения, то есть чередования слияний и мейозов.

Половое размножение – это с исторической точки зрения вообще не размножение. Это способ перемешать свои гены с чужими и создать в результате новые, потенциально успешные комбинации, причем чем больше разных комбинаций, тем лучше.

Все в механике полового размножения устроено так, чтобы обеспечить максимум перемешивания. Есть перемешивание хромосом: их случайная сортировка в дочерние клетки. Есть так называемый кроссинговер. На одной из стадий мейоза гомологичные хромосомы сплетаются и обмениваются участками, то есть получается не просто перемешивание хромосом, а перемешивание аллелей в хромосомах. Но главный источник разнообразия – это сам факт свободы половых сношений. Перемешивание организмов. Половое размножение означает, что организмы могут решать, с кем они хотят скомбинировать свои гены. Половое размножение дает нам выбор.

В паху у тополя

Что вообще такое пол? Когда я прошу студентов определить, чем отличается мужской пол от женского, то ответы обычно делятся на две категории: знатоки вспоминают про X– и Y-хромосомы, ну а кто попроще, конечно, концентрируются на паховой области. Правильный вариант ответа – на третьем месте с большим отставанием.

Ответ насчет паховой области – слишком человеческий. У растений, например, вообще ничего такого нет, а мужские и женские особи и органы тем не менее различаются. То же самое относится к вынашиванию плода, уходу за потомством, гормональным различиям и любым другим первичным или вторичным половым признакам. Если мужчины и женщины есть у тополей или, например, у дрожжей, то о каком уходе за потомством может идти речь? Деление на два пола – это нечто более широкое и относится не только к человеку, а ко всей природе.

Что не так с X– и Y-хромосомами? Тут стоит разобраться поподробнее. X и Y – это просто названия. Так называются гомологичные хромосомы особой, половой пары, которая определяет пол у человека. Большинство пар гомологичных хромосом, хоть и представляют собой независимые архивы генов, в целом похожи друг на друга размерами и строением. Но в половой паре все иначе. В этой паре бывают два разных типа хромосом. Одна хромосома нормальная, средних размеров, со здоровым количеством генов. Этот тип половой хромосомы называется «X». Вторая – жалкий обрубок, на которой почти ничего не записано. Единственная роль этого обрубка – создавать мужчин. Он называется «Y».

В диплоидной клетке, то есть в обычной клетке человеческого организма, половых хромосом, как и других хромосом, две штуки. У женщин обе из них типа «X» (можно сказать генотип XX), а у мужчин одна типа «X», а другая типа «Y» (генотип XY). В яичниках или семенниках клетки с соответствующими генотипами проходят мейоз (редукционное деление), при котором половые хромосомы распределяются между двумя половыми клетками, или гаметами. Слово «гамета» происходит от древнегреческого γάμος – «брак», но в глубине души я всегда ассоциировал его с «гаплоидной ракетой». Это, конечно, с моей стороны очень антропоцентрично, а то и, прости господи, андроцентрично.

Итак, каждая гамета получает по одной половой хромосоме из двух. Соответственно у мужчин образуются два типа сперматозоидов: в половине из них X, в половине Y. Женщины же производят яйцеклетки, в которых может быть только X. При оплодотворении яйцеклетка сливается с одним из двух типов сперматозоидов. В зависимости от того, какую половую хромосому тот несет – полноценную X или обрубок Y, – из полученной зиготы вырастет либо женщина, либо мужчина соответственно.

Здесь становится понятна основная ошибка студентов, которые считают, что мужчины – это XY, а женщины – XX. И дело даже не в том, что это просто выдуманные названия. Главное, что генотипы определяют пол, а не являются им. У человека тот, у кого разные половые хромосомы, становится мужчиной, а тот, у кого одинаковые, в норме становится женщиной.

У других видов пол может определяться иначе. У птиц или, например, змей, все наоборот: одинаковые хромосомы у самцов, разные у самок (чтобы избежать путаницы, они обозначаются другими буквами: Z и W). У черепах и крокодилов пол может определяться температурой (бывает так, что в прохладных гнездах вылупляются одни самцы, а в гнездах потеплее – одни самки)¹¹.

КСТАТИ

Любопытная история с мухами. С виду у них то же самое, что и у нас: мужчины XY, женщины XX. Но на самом деле пол у них определяется совсем по-другому.

Иногда при мейозе происходят ошибки, и появляются половые клетки с лишней половой хромосомой или вообще без нее, поэтому изредка диплоидному зародышу вместо положенных двух половых хромосом может достаться три или одна. Так вот, в случае с мухами и людьми принципиален случай моносомии по X-хромосоме, то есть патологической ситуации, при которой вместо XX или XY у зародыша всего одна X-хромосома, что обозначается как XO. У человека такие зародыши развиваются в женщин (хоть и с серьезными патологиями, так называемым синдромом Тёрнера), но вот у мух особи с генотипом XO – это самцы.

Почему это важно? Потому что XO – это генотип яйцеклетки, к которой ничего не добавили. Непорочный половой набор. То, что из него развивается, – это как бы пол по умолчанию. У человека он женский, а переход на мужской план развития вызывается присутствием Y-хромосомы. У мух же пол по умолчанию мужской, а вторая X-хромосома вызывает превращение в самку¹².

Короче говоря, пол может определяться по-всякому, а значит, под словом «пол» подразумевается нечто более абстрактное, чем набор половых хромосом.

Что может быть более широким и абстрактным, чем любые половые признаки и даже генотипы? Сперматозоид и яйцеклетка. А если быть еще точнее, то просто-напросто размер гамет. Слово «сперматозоид» обозначает особый тип маленькой гаметы, характерный для животных, – подвижной, с активно бьющимся хвостом. У растений или одноклеточных бывают мужские гаметы поспокойнее, безо всяких хвостов, гаплоидные, но явно не ракеты. Объединяет их тот факт, что все они меньше по размеру, чем женские. В этом на самом деле и заключается единственное определяющее отличие мужского пола от женского. Мужчина – это пол с маленькой гаметой, а женский – с большой. Это может показаться тривиальным отличием, но на нем зиждется весь инь-ян межполовых отношений.

Бывает ли половое размножение без полов? Как ни странно, бывает. В этом случае половые клетки внешне неотличимы. Такая ситуация называется изогамией, и она до сих пор распространена среди многих одноклеточных. По всей вероятности, изогамия представляет собой изначальную форму полового размножения¹³.

Но куда более популярен среди современных эукариот видоизмененный вариант полового размножения, при котором одна гамета крупная, а другая мелкая: анизогамия. В большинстве случаев это масштабные различия: на одну гигантскую, неподвижную яйцеклетку могут приходиться миллионы мельчайших резвых сперматозоидов.

Чем так привлекательна анизогамия? Тем же, чем и любое разделение труда: сходи в магазин, а я пока помою посуду. При изогамии каждой гамете приходится искать себе партнера. Все необходимое для дальнейшего развития каждая гамета должна носить с собой. Это тягостно и затратно: большинство гамет партнера не найдут и так и останутся жить со своим багажом. При анизогамии одна из гамет может сконцентрироваться на ресурсах, а вторая – на поиске. Это гораздо эффективнее: можно наштамповать огромное количество дешевых мелких гамет, фактически генетических капсул с хвостом, и распустить их на все четыре стороны на поиск небольшого количества гамет неподвижных, но крупных, дорогих, хорошо укомплектованных. Такие гаметы называются яйцеклетками или просто яйцами. Кстати, вот она, разгадка загадки про курицу и яйцо. До появления птиц нам еще далеко, а яйца – вот они.