Мальчики и девочки на примере птичек

В новогодние каникулы «Сноб» вспоминает научные работы истекшего года, не попавшие в наши сводки новостей. Лето-2016: причудливая личная жизнь канадских воробьев проливает свет на происхождение пола

Фото: GettyImages
Фото: GettyImages
+T -
Поделиться:

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.

Комментировать Всего 19 комментариев

 А вот интересно - каким образом небольшие изменения в геноме ведут к наследованию тех или иных сложных поведенческих реакций ?

Я не очень понял вопрос. Каким образом гены кодируют поведенческие реакции? Например, аллели гена гормонального рецептора могут немного отличаться по чувствительности к гормону. Гормон, к примеру, окситоцин. В результате разные варианты отношения к птенцам, от "Ах какие милые, никуда от них не улечу" до "Чирикают, да и хрен с ними". Или вас озадачивает само утверждение, что поведение тоже кодируется генами, а не особыми струнами души?

 Это мне понятно. Меня интересует возможность кодирования достаточно сложных поведенческих реакций у животных, а не нюансы в их отличиях.

А вот это уже непонятно мне. Геном кодирует белки с определенными свойствми. И РНК определенной последовательности. Больше он вообще ничего не кодирует. Сложные поведенческие реакции свойственны организмам (состоящим из этих белков) – это простой наблюдаемый факт. Как еще вы можете их "закодировать", кроме как в детальном описании белков организма, из которых он собран? 

Просто на языке классической генетики "ген" – это именно фактор, определяющий отличие одного организма в популяции от другого. С точки зрения менделевской науки, все "гены" – это гены "отличий": нет разных аллелейв локусе – нет предмета исследования.

вот и мне непонятен ни "простой наблюдаемый факт", ни процесс дифференциации клеток в зародыше с самосборкой сложнейшего организма, состоящих из белков и прочей необходимой материи для его функционирования, и физиологического и поведенческого. Ни информационное обеспечение для этого, ни работа сложнейших молекулярных фабрик по сборке. Но поскольку это происходит, то очевдно не противоречит законам природы. Я здесь лишь констатирую мое принципиальное их непонимание.

Эту реплику поддерживают: Сергей Кондрашов

Возможно, кодируются белки, кодирующие особенности электропроводности нервной ткани. Электричество организма обеспечивается движением ионов. Миелиновые оболочки, Ca-Na-триевые каналы и всякие другие ньюансы и тонкости... Чуть-чуть что-то сдвинь там, сигнал пойдет иначе, немного другие зоны мозга активируются, и совсем другая поведенческая реакция проявится. Ведь даже один и тот же индивид может быть злым и раздражительным (в голоде и холоде, к примеру), а также добрым и ласковым (в сыте и спьяну, опять же к примеру). Геном один и тот же. А сигналы разные. А уж если геном изменить... 

Случайные мутации кода белков и отбор.... :-D

А как обычным мартышкам с печатными машинками удается воспроизводить "Войну и Мир" или "Преступление и наказание"?

Те мартышки, которым это удалось, даже среди соплеменников считались гениальными )

Только потому, что соплеменники не были знакомы с Синтетической Теорией Эволюции, дающей одинаковый ответ на все вопросы....

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов

Ну вот например: червяк си-элеганс не любит соленую воду и никогда туда не плывет. Но если оттуда тянется запах самки, он себя все-таки пересиливает. Это пример сложной поведенческой реакции?

Это безусловно зачатки сложной поведенческой реакции - суперпозиция двух противоположно ориентированных тропизмов, когда достаточно сильный сигнал феромонов от самки побеждает негативный сигнал на рецепторах от соленой воды. Далее можно конечно рассуждать по индукции - если возможны простые поведенческие реакции у простых организмов, то из этого следует возможность и сложных поведенческих реакций у сложных. Аргумент приемлемый, но не исчерпывающий.

«Аргумент приемлемый, но не исчерпывающий»

Не исчерпывающий чего?! Это был пример реакции, которую определяет простой известный механизм (в результате небольшого избытка некоторого транскрипционного фактора одна линия клеток претерпевает одно лишнее деление, в результате чего появляется лишняя пара нейронов, определяющих всегда и исключительно предпочтение сексуального сигнала). Есть много поведенческих реакций, у которых механизм неизвестен и/или непрост. Но вы же не хотите сказать, что никакого механизма нет, а есть дуновение духа Божия в душе у червяка? Короче говоря, я не понимаю, какую альтернативную концепцию вы держите в кармане, пока стесняясь предложить в открытую.

   Я тут можно сказать с открытой душой (которой нет) и с чистым сердцем, слегка прикрытым грудной клеткой - а мне мол выверните карманы, у нас есть подозрения ) Механизм и в этом случае не так прост, хотя на словах все вполне себе понятно. Более того, механизмы всего происходящего очевидно существуют. Вопрос лишь в том, до какой степени человечество способно понять их, и будет ли это понимание связано с выходом за традиционую естественно-научную парадигму, или нет. Про дуновение духа Божия в душе у червяка мне тоже ничего не известно. Впрочем, это все пустое, поскольку уже практически доказано, если верить М.Эпштейну и Э.Маску, что червяк - тоже всего лишь компьютерная симуляция, а как действует программный код нам примерно ясно, в отличие от мыслей программиста )

Эту реплику поддерживают: Сергей Кондрашов, Алексей Алексенко

Злобного кобеля немецкой овчарки, натасканного на охрану, ничем нельзя отвлечь и подкормить. Но запах течной суки - и он полностью забывает служебные обязанности. Чем более злобный пес, тем больше он концентрируется на тряпочке,которая пахнет сукой, и забирай все, что он охраняет без опаски. Это не сложная поведенческая реакция. Как раз наоборот - примитивная, которой владеет и упомянутый Вами си-элеганс (однако, какое изысканное название у червяка! эстет им занимался). Сложная - это когда осознал. И изменился. То есть мозг начал другие нейропептиды выделять. По собственному указанию. 

Эту реплику поддерживают: Айрат Бикташев

Я уверен, что червяк в этот момент осознает, что нет ничего важнее любви, и что любовь требует жертвы и самоотречения. Собствено, вышеизложенная мысль и возбуждение этой пары нейронов для него тождественны.

Эту реплику поддерживают: Владимир Генин

  Ну  а поскольку Б-г есть любовь, то червяком он и руководит через эту богоданную пару нейронов )

Эту реплику поддерживают: Сергей Кондрашов, Алексей Алексенко

Кстати, уже серьезный вопрос. Понятно, что запах самки, для того, чтобы червяк поплыл в соленую воду, должн превышать некий пороговый уровень. И он для всех червяков может быть индивидуальным, не говоря уже о том, что сигналов, поступающих на рецепторы множество, наверняка тепло или холод всегда среди них. Так вот интересно, не известны ли Вам работы, где анализируются траектории движения - червяка там, или простейших, в зависимости от интенсивности поступающих стимулов ? Вопрос мне интересен не только с теоретической, но и с практической точки зрения, не имеющей отношения к противостоянию теистов и атеистов.

Нет, с ходу не скажу. Но если вы имеете в виду какие-то аналоговые зависимости формы траектории от плавно меняющихся стимулов, я думаю. что такое и не найдется. 

Эту реплику поддерживают: Сергей Любимов

ну да, примерно это - изучение траектории в зависимости от интенсивности стимулов.