Что ждет Y-хромосому в будущем?

Всем известно, что у женщин есть две одинаковые Х-хромосомы, а у мужчин одна Х, а другая Y. Х-хромосома большая и несет в себе тысячи генов, а Y — маленькая, и генов в ней совсем мало. Именно так сейчас обстоят дела не только у людей, но и у большинства млекопитающих, некоторых видов рыб, рептилий и амфибий.

Однако среди других позвоночных животных обнаруживаются самые разные варианты определения пола. Большинство рыб и многие виды рептилий вообще обходятся без половых хромосом: у них пол определяется условиями развития эмбрионов. У всех птиц, некоторых видов рыб и рептилий самцы имеют две одинаковые Z-хромосомы, а самки — одну Z, другую — W. Они тоже различаются по размерам и содержанию: как правило, Z больше, чем W. Почему половая хромосома, которая у одного из полов присутствует в одном экземпляре, обычно меньше той, что имеется у другого пола в двух экземплярах? Согласно исследованиям поведения половых хромосом во время их рекомбинации (комбинирование хромосом при делении) млекопитающих и рыб, ученые выдвинули гипотезы о том, что ждет Y-хромосому в будущем:

Sebastian Kaulitzki/Thinkstock

Сценарий № 1, пессимистический. Запретная для рекомбинации зона распространится шире, и все рекомбинационные события сосредоточатся на концевом сегменте. Разница в длине между X и Y будет нарастать, сходства в специальном районе исчезнет, и соединение хромосом при делении прекратится. За этим должна последовать деградация нерекомбинирующего участка хромосом. Так со временем (примерно через 150 млн лет) наступит предсмертное состояние половых хромосом.

Сценарий № 2, оптимистический. Произойдет смена системы определения пола с XY на ZW или же XY образуется на основе совсем другой пары аутосом (неполовых хромосом). Для этого достаточно одной мутации — возникновения главного гена переключателя пола, который перехватит на себя управление со старого гена. Как только это случится, старые половые хромосомы немедленно станут заурядными аутосомами (неполовыми хр.), а хромосома, содержащая новый ген-переключатель, превратится в Y (или W), а ее гомолог — в Х (или Z). Такие смены, по-видимому, не раз происходили в эволюции рыб и потому их половые хромосомы остаются вечно молодыми.

Сценарий № 3, косметический. Основная причина старения и деградации Y (или W) хромосомы — это подавление рекомбинации (комбинирования хромосом при делении). Если время от времени снимать запрет на рекомбинацию и позволять вечно юной хромосоме Х хоть иногда обмениваться генами со стареющей Y, то эта последняя может омолодиться. Гипотезу «фонтана молодости» предложил швейцарский ученый Никола Перрин. Она получила надежное подтверждение в исследованиях на земноводных; вероятно, похожая ситуация возможна и у некоторых рыб.

Kateryna Kon/science Photo Library

Человечество находится в самом начале понимания эволюции половых хромосом, многое еще предстоит изучить. Какие именно мутации запирают рекомбинацию между ними? Судя по тому, что у особей с обращенным полом разные половые хромосомы пытаются вести себя в мейозе (при делении) как одинаковые, а одинаковые — как разные, это связано с эпигенетическими изменениями, а не с хромосомными перестройками. Вероятно, будущие исследования позволят пролить свет на этот вопрос.