Нелегкие проблемы пола
Какая из наших характеристик влияет на жизнь сильнее, чем пол? Что останется от привычного нам мира без межполовых отношений и половых ролей? Представители большинства земных видов принадлежат или к одному, или к другому полу. Такое разделение — весьма «дорогое» приспособление. Его цена — не только трата сил, но и сокращение численности непосредственно производящих потомство особей. Окупается это ускорением эволюции. Чтобы программа управления развитием могла подстраиваться под изменчивый мир, она должна получать информацию о его требованиях. Главный способ получения такой информации — участие в размножении только тех особей, жизненный путь которых оказался успешным. Чем жестче отбор, тем эффективнее работает этот канал передачи информации о требованиях среды.
Благодаря разделению полов мужской пол может подвергаться более интенсивному отбору. Пусть большая часть самцов погибнет — на репродуктивном потенциале популяции это не отразится, но следующее поколение сформируют особи, соответствующие запросам среды. Вероятно, феномен пола возникал в эволюции множество раз, и населяющие нашу планету организмы испробовали различные механизмы его определения. В последнее время появилось несколько новостей, касающихся этой проблемы.
Роль генов, запускающих мужской вариант развития, может состоять в изменении гормонального фона. Гормоны — это регуляторы, которые поступают во внутреннюю среду. Хорошо, если она надежно изолирована. Однако у водных организмов граница между внешней и внутренней средой не очень крепка. Особенно не повезло рыбам: суша населена их многочисленными потомками, извергающими вовне унаследованные от своих предков вещества-регуляторы.
Американские исследователи изучили развитие басса и чукучана (это рыбы такие!) и зарегистрировали массовую феминизацию их самцов. Женские половые гормоны, попадающие в воду от рогатого скота и людей, а особенно от принимающих гормональные противозачаточные средства женщин, нарушают нормальное развитие рыб. 42% мужских особей басса в реке Потомак, на которой стоит Вашингтон, оказались гермафродитами. Самцы чукучана не производят икру, но тоже имеют разнообразные репродуктивные отклонения.
Впрочем, в некоторых случаях лабильность определения пола может быть полезной. Австралийские специалисты исследовали развитие гобиодона, одной из оседлых рыб коралловых рифов. Для этого вида серьезной проблемой является встреча с подходящим половым партнером в разнообразной и опасной среде. Как выяснилось, частичным решением стала способность гобиодонов определять свой пол только после встречи с подходящим сородичем. Молодая рыба беспола, встречаясь с самкой, она становится самцом, а встречаясь с самцом — самкой. А вот рыба-одиночка так никогда и не созревает.
Когда секс не в радость
Совместная французско-американская научная группа не так давно опубликовала результаты изучения динамики численности живородящих ящериц в небольших популяциях с различным соотношением самок и самцов. Результат оказался неожиданным.
Понятно, что репродуктивный потенциал (возможное количество потомков) в популяциях определяется исключительно количеством самок. Но предположим, что мы сравниваем друг с другом небольшие популяции с равным количеством самок. Как влияет на их шансы выжить количество самцов?
Когда самцов совсем мало, их недостаток не позволит оставить потомство всем самкам детородного возраста. Впрочем, такая ситуация встречается редко, поскольку разрыв в численности обычно не бывает многократным (а с несколькими самками один самец справится). А вот избыток самцов приводит к увеличению смертности самок и тем самым снижает шансы популяции на выживание. Секс у живородящих ящериц достаточно жесткий: самец удерживает самку челюстями и когтями. Выжившие самки в группах с избытком самцов имеют значительно больше травм. Как ни странно, для сохранения такой популяции желательно удалить из нее лишних самцов!
Популяции с избытком самцов могут возникать в результате изменения условий жизни. Если, к примеру, в связи с глобальным потеплением смертность самцов понизится, их избыточный сексуальный энтузиазм может стать неблагоприятным фактором.
Интересно, что самок много не бывает: Их большое количество означает лишь то, что конкуренция среди потомства будет более жесткой и победителями выйдут действительно высокоадаптированные особи. А вот с самцами может выйти перебор. Кто бы сомневался…
Скороспелые дети
Рене Декарт считал, что эпифиз — место связи духа и тела, ведь это одна из немногих непарных структур, хорошо развитых у человека и расположенных у основания головного мозга. Кроме прочего, эта часть системы внутренней секреции отвечает за феномен фотопериодизма — регуляции жизненного цикла в зависимости от длины светового дня. Для наших предков, некрупных животных, обитавших в условиях сезонного климата, фотопериодическая регуляция размножения была очень полезна. Чтобы потомство появилось «сытым» летом, его нужно было зачать весной, с началом увеличения дня. Человек давно перешел на внесезонное размножение, продолжительность беременности у женских особей вида Homo sapiens резко возросла, а старый физиологический механизм регуляции еще сохранился, хотя и в рудиментарной форме. Известный каждому поэту факт, что весной чаще влюбляются, как раз и связан с повышением концентрации половых гормонов в крови в ответ на удлинение светового дня.
У пребывающего в темноте человека (как и у других позвоночных) эпифиз вырабатывает гормон мелатонин. Снижение количества мелатонина запускает цепочку событий, приводящую, в частности, к интенсификации синтеза половых гормонов. Для человека, который живет в условиях, близких к естественным, такая система регуляции не создает особых проблем. Увы, она может активизироваться в результате техногенного изменения среды обитания. Так, вероятно, одна из причин феномена акселерации (ускорения созревания и увеличения размеров тела населения цивилизованных стран начиная со второй половины XX века) — широкое распространение искусственного освещения.
В этой связи тревожит открытие ученых университета Флоренции (Италия), обнаруживших, что просмотр телепрограмм детьми подавляет выработку мелатонина. Изучались дети от шести до двенадцати лет, уделявшие телепередачам, компьютерным и видеоиграм около трех часов в сутки. Когда же малолетних отпрысков на неделю лишали любимого занятия, уровень мелатонина в крови повышался на 30%. Как показали другие исследования, юноши и девушки, тратящие много времени на видеоигры и телевизор, раньше начинают половую жизнь и имеют больший вес, нежели их более консервативные сверстники. Все эти изменения могут быть следствием нарушения регуляции в органе, «где дух связан с телом».
Рано — вовсе не всегда хорошо, ведь за ускорение надо чем-то платить. Достаточно сравнить вкусовые качества скороспелых и обычных сортов яблок…
Ах ты, рожа кривая!
В последние годы, в немалой степени благодаря работам сотрудников Института биологии развития РАН, стал популярным метод изучения флуктуирующей асимметрии разнообразных организмов для оценки условий их развития. Основная идея метода такова. Чем в менее благоприятных условиях развивается организм, тем больше шансов, что его системы управления не смогут обеспечить нормальное развитие. Рассматривая любой организм, мы, казалось бы, наблюдаем один-единственный исход развития и не можем оценить вероятность других. Однако в некоторых случаях мы имеем два относительно независимых результата — итоги развития правой и левой сторон тела у зеркальносимметричных организмов. Чем сильнее они отличаются, тем выше была неопределенность развития. Обычно она возрастает в неблагоприятных условиях среды, а также у генетически несбалансированных (например, гибридных) организмов. Естественно, для изучения подобных феноменов подходит лишь флуктуирующая асимметрия, значения которой случайно распределены вокруг нуля.
Например, при исследовании человека не следует использовать признаки, связанные с асимметрией ведущей и ведомой рук или с асимметрией полушарий мозга. Лучшее развитие правой руки у правшей — результат функциональной, а не флуктуирующей асимметрии, и не связано с нестабильностью развития. А вот узоры на подушечках пальцев или рисунок радужной оболочки глаза в этом отношении гораздо интереснее…
В ходе исследований, недавно проведенных в университете Огайо, изучалась связь между асимметричностью ушей и пальцев рук, с одной стороны, и агрессивностью человека — с другой. Студентов ставили в дурацкое положение во время телефонного разговора, а потом измеряли силу удара трубки о телефонный аппарат. «Асимметричные» люди оказались заметно агрессивнее. В целом — результат ожидаемый. Но это лишь первый шаг по весьма перспективному пути.
Интересно, можно ли использовать биометрическую информацию, снимаемую с целью идентификации человека, для вероятностной оценки его характера?
Отец — это не только гены
То, что на развивающуюся особь влияют негенетические регуляторы, передающиеся через яйцеклетку, известно давно. Например, правое или левое закручивание раковины у улиток зависит от полярности яйцеклетки, которая задается еще в яичниках материнской (гермафродитической) особи. Влияние некоторых факторов на яйцеклетку может вызвать изменения, которые проявятся у взрослой особи. У человека с этим связан интересный феномен. Яйцеклетки (из которых разовьются будущие дети) формируются у женщины еще во время ее эмбрионального развития. Получается, что воздействие на беременную женщину может отразиться на яйцеклетках, которые формирует развивающийся в ней эмбрион, а изменения проявятся лишь у ее внуков!
В этих и других известных случаях не связанная с ДНК информация передается через яйцеклетку. Сперматозоид, как до сих пор казалось, устроен столь экономно, что в нем дополнительная информация не поместится — он оптимизирован для переноса ДНК в очень компактной форме. Однако недавние исследования, проведенные в Англии и США, показали, что сперматозоид передает не менее шести типов молекул информационной РНК, а может, и еще какие-то регуляторы. Эти вещества активируют необходимую для ранних этапов развития программу, содержащуюся в самой яйцеклетке.
Открытие биологов комментируется прежде всего в связи с тем, что оно может объяснить затруднения, возникающие при клонировании млекопитающих. Возможно, этих-то регуляторов и не хватает для развития яйцеклетки, в которую при клонировании просто вставляют новое ядро. С другой стороны, появился новый аргумент для сторонников эпигенетической теории, настаивающих, что развитие — не просто реализация наследственной программы, а возникновение уникальной сущности в процессе взаимодействия множества факторов различной природы.
Д. Шабанов. Нелегкие проблемы пола // Компьютерра, М., 2004. – № 46 (570). – С. 17–19
Д. Шабанов. Когда секс не в радость // Компьютерра, М., 2006. – № 13 (633)
Д. Шабанов. Скороспелые дети // Компьютерра, М., 2004. – № 29–30 (553–554). – С. 14
Д. Шабанов. Ах ты, рожа кривая! // Компьютерра, М., 2004. – № 34 (558). – С. 18
Д. Шабанов. Отец – это не только гены // Компьютерра, М., 2004. – № 21 (545). – С. 15–16