Хромосомы и пол

Общая схема полового цикла и его регуляция

Гены секса

Сразу надо оговориться – речь пойдет не о наследственных задатках, определяющих тип сексуального поведения, а о генах, которые определяют развитие человеческого зародыша в существо мужского или женского пола. Немного интригующее слово «секс» в переводе с латыни означает вполне нейтральный в русском языке термин «пол». Латинское sexus произошло от глагола secare – разрезать, разделять, чем подчеркивается, что два пола являются как бы независимо существующими отдельностями. Русское же слово «пол» явно намекает на половинку, которой многим людям так недостает для счастья.

До начала XX в. у людей были самые смутные представления о том, каким образом определяется пол будущего ребенка. Например, древние греки верили, что девочка рождается при оплодотворении семенной жидкостью из левого яичка, а мальчики – из правого. Аристотель совершенно серьезно считал, что овца зачинает плод мужского пола, если стоит головой к северу, и женского – если к югу. Долгое время врачи древности полагали, что в женской матке существует три камеры: одна для мальчиков, другая для девочек, а третья, непарная, для гермафродитов. Развеять эту морфологическую несуразицу удалось только в эпоху Возрождения Леонардо да Винчи (1452–1519) и великому анатому Андреасу Везалию (1514–1564).

В 1672 г. Ренье де Грааф впервые увидел фолликулы в яичниках млекопитающих. Он работал с забитыми коровами и свиньями. Чтобы извлеченные из них яичники было легче резать, он варил эти репродуктивные органы в кипятке. Также, кстати, поступал и великий Леонардо да Винчи с глазными яблоками человеческих трупов, когда изучал анатомию органов зрения. Повышенная температура вызывала денатурацию белков, в результате чего фолликулы превращались в белые шарики. Такой же процесс происходит при варке куриных яиц. Неудивительно, что де Грааф считал обнаруженные им фолликулы именно яйцами животных. Теперь-то мы знаем, что фолликул – это своеобразная камера, стенки которой образованы особыми вспомогательными клетками. Внутри этой камеры происходит созревание будущей яйцеклетки, которая гораздо меньше самого фолликула.

Однако по-настоящему разобраться с яйцеклетками млекопитающих удалось лишь два века спустя великому Карлу фон Бэру (1792–1876), эстонцу немецкого происхождения, с 1834 г. работавшему библиотекарем в Санкт-Петербургской Академии наук. Он пытался ответить на, казалось бы, простой вопрос: с чего начинается самое раннее развитие зародышей животных и человека? Где истоки процесса, который приводит к появлению на свет новорожденного существа? Многочисленные опыты и наблюдения убеждали его: начальной точкой такого развития всегда является одна-единственная клетка женского организма! 1 мая 1872 г. Бэр провозгласил на латыни (тогда так было принято) великий биологический закон: «Omne vivum ex ovo» – «Все живое из яйца». При этом он имел в виду не яйцо, а именно яйцеклетку, просто на латыни для нее не было более адекватного термина. Бэру повезло – его выдающиеся научные заслуги были признаны еще при жизни. Российская Академия наук выбила в его честь медаль с латинской надписью «Orsus ab ovo hominem homini ostendit» – «Начавши с яйца, он показал человеку его самого».

Наблюдения и открытия Бэра были верны, хотя информация только о внешнем строении яйцеклетки и сперматозоидов млекопитающих никак не помогала решить загадку определения пола зародышей у человека. Внешне все яйцеклетки были одинаковы, так же как и все спермии. Для того чтобы ответить на вопрос, чем именно определяется развитие зародышей по женскому или мужскому пути, исследователям пришлось пройти долгий путь, полный удивительных открытий. В частности, они обнаружили в ядрах делящихся клеток компактные тела – хромосомы, и выяснили, что именно они являются хранилищами наследственных задатков.

В самом начале второй половины XX в. ученым удалось доказать, что все 46 хромосом человека можно разбить на две группы. Большую из них составляют парные соматические хромосомы, не имеющие никакого отношения к определению пола. Во вторую группу входит всего одна пара половых хромосом. Последние немного отличаются по внешнему виду друг от друга, поэтому несколько условно их стали называть X-хромосомой и Y-хромосомой.

При образовании половых клеток в процессе редукционного деления (мейоза) число хромосом уменьшается вдвое. В результате каждая будущая яйцеклетка несет по одной половой X-хромосоме. В этом плане все яйцеклетки одинаковы. Сперматозоиды, напротив, разделяются на две группы. Одни из них содержат X-хромосому, а другие – Y-хромосому. Пол будущего зародыша и новорожденного определяется тем, сперматозоид какого типа успеет первым достичь яйцеклетки и оплодотворить ее. Если это будет сперматозоид с X-хромосомой, на свет появится особь женского пола. В противном случае оплодотворенная яйцеклетка будет обладать хромосомным набором XY, и из нее разовьется мужская особь.

Описанный механизм определения пола у млекопитающих и человека представляется очень простым, его обычно без проблем усваивают ученики в старших классах школы на уроках генетики. Однако это простота обманчива. В самом деле, представьте себе оплодотворенную яйцеклетку человека с хромосомами XY. Ну и что? Какие процессы должны происходить потом для того, чтобы через девять месяцев акушерка могла сообщить благополучно родившей маме: «У вас мальчик»? Другими словами, как X- и Y-хромосомы влияют на будущий пол ребенка? Существуют ли отдельные «гены сексуальности», действием которых пол и определяется?

Быть может, это гены, кодирующие мужские и женские половые гормоны тестостерон и эстрадиол? Вряд ли. Во-первых, эти гормоны – вовсе не белки, а значит, их структура в ДНК напрямую закодированной быть не может. Во-вторых, хорошо известно, что и мужские, и женские половые гормоны одновременно есть и у мужчин, и у женщин. Дело только в соотношении концентраций этих биологически активных веществ.

В общем, как видите, вопрос с определением пола не так прост, каким он может показаться на первый взгляд. Попробуем разобраться в этой запутанной истории и проследим, как развивается зародыш человека и что происходит при этом с его половыми клетками, половыми железами и органами.

Благополучно оплодотворенная яйцеклетка приступает к делению. В результате вскоре образуется небольшой шарик из клеток, судьба которых уже определена и совершенно различна. Часть из них вскоре образует собственно будущий зародыш, а часть превращается в его окружение – трофобласт. Клеточный комочек – будущий младенец – оказывается заключенным внутри капсулы трофобласта, словно растительный зародыш внутри скорлупы желудя или каштана. Тонкая клеточная стенка трофобласта «вплавляется» в стенку матки, образуя с ней плотное сцепление. В дальнейшем именно в этом месте образуется достаточно сложное образование – плацента – своеобразный «пропускной пункт» на пути питательных веществ, поступающих из тела матери в тело плода.

Через 24 дня после оплодотворения у человеческого зародыша уже можно выделить несколько десятков (обычно 30–50) стволовых половых клеток, т.е. клеток, при делении которых в будущем образуются все половые клетки взрослого организма. У кролика таких стволовых клеток еще меньше – всего 6–8. К слову сказать, существуют организмы, например некоторые крошечные нематоды, развитие которых биологи изучили досконально. В такой ситуации можно уверенно ткнуть пальцем в одну-единственную клетку и сказать: «Из нее позже получатся все половые клетки червя». Можно ли быть столь же уверенным в случае человека – неясно. Однако, скорее всего, такая единственная половая клетка-прародительница все же существует. Просто найти ее нелегко.

Судьба стволовых половых клеток человека зависит от пола новорожденного, но об этом чуть позже. Пока же, на ранних стадиях развития, разницу между будущими яйцеклетками и сперматозоидами заметить не удается. Более того, эти будущие половые клетки находятся у зародыша в совсем неподходящем месте, и им еще только предстоит оказаться там, где надо, т.е. в будущих половых железах. Именно в будущих, поскольку пока их и железами-то назвать нельзя – они представляют собой так называемые половые складки, т.е. группы клеток, из которых со временем разовьются семенники или яичники. Однако судьба этих складок уже предрешена, и они уверенно выделяют аттрактивные вещества, привлекающие к себе по градиенту концентрации стволовые половые клетки. Последние же буквально заползают в места своей будущей постоянной дислокации, активно «колонизируя» половые складки. Кстати, образный термин «колонизация» в данном случае официально принят в медицинской и эмбриологической литературе.

До второго месяца эмбрионального развития зачатки половых желез с находящимися внутри стволовыми половыми клетками и у будущих мальчиков, и у будущих девочек выглядят одинаково. Различия начинают проявляться чуть позже. В это время у человеческого эмбриона существуют две пары зачатков будущих внутренних половых органов – так называемые вольфовы и мюллеровы каналы, названные так по фамилиям биологов, которые впервые их описали. У рыб парные вольфовы протоки являются мочеточниками, по ним удаляются продукты обмена веществ. У более высокоорганизованных существ, вроде рептилий, птиц и млекопитающих, вольфовы протоки превращаются в семяпроводы. Мюллеровы каналы исторически также связаны с выделительной системой древних позвоночных. У млекопитающих они превращаются в половые протоки женской выделительной системы, в частности, в яйцеводы и в зачаток матки.

Продолжение следует