Мальчики и девочки на примере птичек

Чуть более полувека назад автор этих строк впервые задумался о том, что отличает мальчиков от девочек. К этим мыслям его подтолкнуло наблюдение за двумя видами детей на пляже в Евпатории: у одних в нижней части живота ничего не было, а у других было.

О том, что дети делятся на мальчиков и девочек, автор знал и раньше. Ему говорили: «Не плачь, ты же не девочка» или «Отстань от Даши со своим самосвалом, она девочка и ей это неинтересно», или «Дай тете подстричь тебе волосы, а то выглядишь как девочка». Отсюда автор сделал вывод, что девочки отличаются от мальчиков по поведенческим параметрам. То есть если твердо следовать определенному поведенческому стереотипу: самосвал, короткая стрижка, сжать зубы и не плакать, — то это и решает вопрос гендерной идентичности.

Но вот эти различия в нижней части живота явно выводили в какую-то иную плоскость.

Когда автор вырос и защитился по генетике, ясности в вопросе определения пола у него стало чуть больше. Но вопросы оставались. И не у него одного, а у всей науки. Эта статья — об одном научном исследовании, которое ответило на небольшую часть этих вопросов.

Откуда берутся два пола?

В прошлом году, поздравляя прекрасных дам с 8 Марта, мы между делом попытались ответить на два вопроса: почему для секса и размножения непременно нужны двое и почему эти двое должны отличаться друг от друга настолько, чтобы их следовало признать представителями разных «полов». Повторим вкратце ответ на второй вопрос: согласно всем математическим моделям, размножение будет наиболее эффективным, если его участники максимально специализируются на противоположных функциях, назовем их «активной» и «пассивной».

Если вдуматься, этот ответ возвращает нас к детским размышлениям автора на евпаторийском пляже: истоки пола лежат в поведенческой, или социальной, сфере. Анатомическое различие — лишь приспособление к этим ролям. А уж весь этот изящный механизм с двумя хромосомами, Х и Y, которым мы так гордимся, — вообще совершенно необязательная надстройка. У многих зверюшек пол задается совсем другими факторами (у крокодилов, к примеру, температурой в кладке яиц). О том, какой разнобой царит в этом вопросе у разных живых существ, дает представление следующая схема:

Да, но у нас-то — как и у большинства существ, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, — работает именно система XY! (Кстати, генетики называют эту систему «тип лигеус», в честь клопа, у которого Х и Y хромосомы наблюдались впервые). И она настолько изящна и совершенна, что производит впечатление той самой «неустранимой сложности», которой так любят размахивать противники Дарвина: мол, невозможно себе представить, чтобы такая тонкая штука могла постепенно возникнуть из чего-то более простого путем эволюции.

О том, как это может произойти, биологи стали догадываться совсем недавно.

Сексуальные странности

Идеальный эксперимент выглядел бы так: взять каких-нибудь бесполых существ и дать им эволюционировать, пока у них не возникнет два пола и соответствующий хромосомный механизм. Увы, проект неосуществим: бесполых существ очень мало, и у всех у них существуют весомые причины оставаться в таком состоянии.

Но можно идти другим путем. Дело в том, что разделение репродуктивных функций на «активную» и «пасивную» — это самое простое, что можно придумать, буквально азбука размножения. В реальных популяциях живых существ социальные взаимодействия куда сложнее, и разных ролей больше. Мы, к примеру, как-то рассказывали о болотной птичке турухтане. У турухтанов есть самки — обычные, несущие яйца — и целых три типа самцов, различающихся своей ролью в птичьем социуме. Первый тип охраняет территорию и завоевывает гарем, второй тип оппортунистически спаривается с временно свободными самками, а третий совсем уж подлым способом встревает непосредственно в любовный акт самца и самки, имитируя женский тип окраски. Оказалось, что все эти самцы различаются структурой одной из хромосом — не половой, а обычной (подробнее можно прочитать по ссылке). Если бы у турухтана не сформировался уже женский и мужской пол с соответствующим разделением ролей, новая система могла бы, наверное, в перспективе перехватить эту функцию. А пока она существует просто так, низачем, внося в жизнь наших турухтанов дополнительную волнующую интригу.

Главное, что следует из этого примера — что хромосомные причуды у разных видов возникают довольно часто, и если природа найдет, как использовать их во благо или хотя бы не во вред, они вполне способны сохраняться в популяции, придавая ей неповторимое своеобразие.

Заметьте, в нашей-то популяции тоже все это есть! Дональд Трамп, Брэд Питт, Элтон Джон, Мишель Обама и Мадонна — примеры пяти совершенно различных подходов к стратегии размножения. И то, что эта пестрая пятерка представляет всего два кариотипа — ХХ и ХY, — скорее недоработка природы, чем глубокая закономерность. Могут быть и другие варианты. Турухтаны — лишь один пример. Другой, гораздо более причудливый пример будет изложен ниже.

Какой вы воробей?

Живет в Северной Америке птичка, называется белогорлый воробей.

Две картинки тут неспроста, между ними есть разница. У одной птички на голове белые полоски, у другой — бежевые. И это не самец и самка: и самцы, и самки у этого воробья бывают и с белыми, и с бежевыми полосками. Тем не менее эти два типа различаются довольно сильно.

Птичка с более скромным головным убором не слишком звучно чирикает, привлекая полового партнера. Зато, обретя пару, хранит ей верность и отчаянно защищает потомство от всевозможных напастей. Просто моральный ориентир для всех, а не птичка.

То ли дело парни с яркими белыми полосками: петь они большие мастера, но вот при дальнейшем выстраивании отношений начинаются проблемы. Такие кавалеры куда чаще летают налево и к потомству относятся наплевательски.

И не только кавалеры, но и дамы тоже! Мы привыкли рассуждать о том, что, мол, женский пол по природе склонен к моногамности, домовитости и чадолюбию, а мужчинам свойственно, фигурально выражаясь, сеять семя... Но вот пример, когда эти два типа поведения вовсе не совпадают с полом, а напротив, совершенно перпендикулярны.

Вы, наверное, заподозрите, что когда встречаются два скромных, верных и домовитых воробья, то у них-то и возникает идеальная воробьиная семья и любовь до гроба. А у белополосых развратников, напротив, свободные отношения, свинг и обездоленные дети.... Нет, ничего этого не бывает.

Тут-то и кроется главный поворот сюжета: воробьихи-распутницы спариваются только с воробьями-семьянинами, и наоборот.

Доктор Элейна Татл посвятила свою жизнь тому, чтобы распутать эту загадочную воробьиную интригу. В феврале прошлого года она опубликовала свою последнюю работу, посвященную сложностям личной жизни у белошеих зонотрихий (как еще называют этих воробушков). А в июне она умерла от рака груди. От нее осталось всего несколько научных работ по проблеме, которую никак нельзя назвать фундаментальной, задающей направление прогресса цивилизации. Но на вопрос, мучивший автора этих строк с того самого жаркого евпаторийского лета 1963 года, эти работы проливают свет.

Четыре пола вместо двух

У зонотрихии, как и у прочих птиц, пол определяется парой хромосом ZW: у самцов две Z-хромосомы, у самок одна Z и одна W. Самец оплодотворяет яйцеклетку, самка несет яйца, все как положено. Но вот окраска и поведение зависят от другой хромосомы, а именно от аутосомы II, к полу не имеющей никакого отношения. У домовитых и чадолюбивых воробьев с бежевыми полосками две одинаковых вторых хромосомы. У голосистых развратников с белыми полосками хромосомы второй пары сильно различаются: у одной из них довольно большой кусок перевернут относительно обычного положения (это называется инверсией). Необычную пару хромосом биологи заметили еще в 1966 году.

Поскольку самец с белыми полосками (с инверсией в одной хромосоме II пары) всегда спаривается с самкой с бежевыми полосками (с одинаковыми хромосомами II пары), потомство всегда состоит из половины белополосых птенцов и половины бежевополосых. И конечно, из половины яиц вылупляются самки, из половины самцы. Но вот только эти два свойства перемешаны у них случайным образом.

А когда птенцы подрастут, самцы начнут искать себе самочек, а птицы с белыми полосками — партнеров с бежевыми. Ровно так, как будто кроме разделения на два пола — М и Ж — у них существует еще одна пара полов — скажем, A и Б, — и для счастливой гетеросексуальной любви партнеры должны различаться по каждой паре признаков. Как если бы мужчины с техническим образованием могли крутить романы только с девушками-гуманитариями, и наоборот.

Или консервативные государственники — только с толерантными либерастками, представляете, вот бы был номер! Даже жалко, что у нас такого нет. Зато, кстати, есть у многих грибов: белые и подосиновики, столь вкусные в жареном виде, также обладают тетраполярным полом. А у пресноводного простейшего тетрагимены другая крайность: система определения пола всего одна, зато разных полов в ней целых семь штук! Каждый пол может спариваться с любым из шести остальных типов, но не со своим собственным. Читать любовные романы из жизни тетрагимен, видимо, категорически невозможно (автор этих строк и в человеческих-то нередко путается).

Но у высших животных такая причудливая история с полами явно наблюдалась впервые. Зачем птичкам это нужно? Ответ, как это нередко бывает в биологии: «Просто так получилось». В 2011 году Элейна Татл вместе с коллегами всмотрелась в инвертированный кусок хромосомы и обнаружила, что у птичьих странностей есть понятные причины. В перевернутом куске II хромосомы оказались, в частности, гены, отвечающие за окраску и поведение.

Наконец, в своем последнем исследовании Татл выполнила титаническую работу: она расшифровала геном белогорлого воробья, да не одной птицы, а целых 50 особей. Из данных этого исследования сформировалась следующая картина. Поскольку обычная хромосома и хромосома с инверсией стали очень непохожи друг на друга, они утратили способность обмениваться генами (ровно так же, как не могут обмениваться генами человеческие Х и Y хромосомы, или птичьи Z и W). В результате эволюционные дорожки разошлись, и мутации в этих хромосомах стали накапливаться независимо друг от друга.

Надо полагать, часть мутаций в инвертированной хромосоме были не слишком удачными, так что птички с двумя инвертированными хромосомами не наблюдаются — наверное, не жильцы. А чтобы не нести такие неудачные яйца, белогорлый воробей выработал разумную стратегию: никогда не спариваться со своим собственным типом окраски, пения и поведения. Что он при этом думает о таком варианте брачных союзов, считает ли их морально предосудительными или просто бесперспективными, мы узнаем, когда сможем взять у него интервью. Но факт остается фактом: у одного из десятка тысяч видов птиц на земле на наших глазах эволюционирует новая половая хромосома, и она уже перехватила многие функции (в том числе диморфизм в окраске и поведении), за которые у остальных видов отвечает как раз традиционная пара половых хромосом.

Биологам посчастливилось: они застали этот эволюционный процесс в самом разгаре. К чему он приведет, мы вряд ли узнаем: может, глупые птички просто вымрут вместе с остальной современной биосферой, а может, уйдут в небытие по своим собственным резонам (все же искать полового партнера им немного сложнее, чем прочим пернатым). Возможно, они когда-нибудь забросят свои сексуальные странности и утратят хромосому с инверсией. Наконец, существует и четвертый вариант: пара половых хромосом Z и W окончательно передаст все свои функции (включая формирование репродуктивных органов по мужскому или женскому типу) новому кандидату, а сами превратятся в обычные аутосомы.

Развязку этой истории уж точно не узнает Элейна Татл: неприятное следствие смерти состоит в том, что к накопленным знаниям уже ничего не добавить. Это не только с доктором Татл случилось, так будет и с уважаемыми читателями.

Но пока мы с вами в выгодном положении: всего четверть часа назад, до начала чтения этой статьи, большинство из нас и понятия не имело, как хромосомный механизм определения пола может возникнуть буквально на ровном месте, из небольших генетических (а за ними и поведенческих) отклонений, а теперь возникла некоторая ясность. Казалось бы, просто одни дети любят кукол, бантики и танцевать, другие предпочитают драки и самосвалы — а вот уже из этого выросло куда более существенное различие. Я, например, получил на свой давний вопрос исчерпывающий ответ. Элейна Татл нашла его для меня всего за четверть века. За это, собственно, хочу выразить ей запоздалую признательность.

О Элейне Татл, ее вдовце Расти Гонзере и о белошеей воробьиной овсянке-зонотрихии можно прочитать по-английски в журнале Nature. Там есть подробности, которые мы опустили, зато у нас чуть более широкий контекст: выбирайте, что вам больше нравится.