Исключение составляют, возможно, краткие мгновения непосредственной активности по продолжению рода, хотя и тут ассортимент магазинов для взрослых почти уравнивает все возможности. В некоторых семьях у ребенка сейчас даже бывает две мамы и ни одного папы, или наоборот. Пока еще так можно выразиться только в социальном, а не в биологическом смысле, но, наверное, очень скоро ученые придумают, как делать спермии и ооциты из соматических клеток. Тогда любые два гражданина смогут по согласию завести ребеночка и вообще не париться, кто из них кто.
Вроде бы тут нет принципиальных затруднений, ведь с точки зрения генетики вклады мамы и папы совершенно симметричны. В спермии и ооците ровно по 23 хромосомы (забудем на время о митохондриальном геноме, никому он не интересен, кроме сумасшедших этногенетиков). А то, что одна из клеток большая и круглая, а другая маленькая и с хвостом, для генетика иррелевантно.
Все эти крайне разумные соображения ставит под сомнение статья исландских генетиков, опубликованная на прошлой неделе в Science. Почему генетики именно исландские? Об этом чуть ниже. Главное же в том, что, если им верить, то, что мы получаем в наследство от мамы и папы, очень сильно различается. Рассказывать эту непростую историю нам придется по порядку, хотя и слишком затягивать ее мы не намерены: все, кому станет чуть более интересно, чем рассчитывает автор, могут обо всем разузнать из популярного пересказа в Science, а то и из оригинальной статьи.
История унисекс
Напомним для начала то, чему должны всех учить в школе. У каждого из ваших родителей двойной набор хромосом: то, что они получили от вашей бабушки, и то, что досталось от дедушки. Почти во всех родительских клетках бабушкины и дедушкины хромосомы существуют независимо. Однако при созревании половых клеток соответствующие хромосомы дедушки и бабушки находят друг друга и соединяются по всей длине. Затем они обмениваются кусками. Все это называется «мейозом».
Затем эти новые лоскутные хромосомы, в которых уже непонятно, где бабушкино добро, а где дедушкино, независимо расходятся по дочерним клеткам, так что в итоге в каждой половой клетке вместо двойного набора хромосом присутствует одинарный. После этого родительские половые клетки готовы слиться и дать начало вам. У вас, в свою очередь, мамины и папины хромосомы тоже будут существовать отдельно друг от друга, пока вновь не настанет пора мейоза.
Еще кое-что об обменах между хромосомами, чему не учат в школе. Обмены бывают разные. Иногда хромосомы просто рвутся и соединяются крест-накрест. А иногда начинаются сложности: множественные обмены на небольшом участке или даже такая ситуация, что в каком-то месте бабушкина хромосома как будто полностью превращается в дедушкину. Такая неразбериха называется «сложными кроссоверами».
И еще один важный, хотя и самоочевидный момент. Хромосомы могут мутировать. Какое-то количество мутаций были получены мамой и папой в наследство от дедушек и бабушек, однако мутации продолжали накапливаться и после этого. Все, что случилось у родителей в клетках кишок, мозга или кожи, вас в целом не касается. Но мутации, накопленные каждым родителем в линии их половых клеток, вполне могут перейти к вам и стать вашими. Много ли их? По современным подсчетам, больше полусотни на весь геном. Вы — первый человек на планете, который несет эти мутации в своем геноме, но не последний: их вы передадите своим детям.
Пока все симметрично: маму с папой можно поменять местами, и ничего не изменится. А вот сейчас начнутся нюансы.
Папина история
Когда человеку говорят, что у него происходит мейоз, очень мало кто задается вопросом, когда он происходит и, главное, где. Между тем для мужчины ответ совсем простой: там, где созревают сперматозоиды, и не будем показывать туда пальцем. Начинается все это лет в 10–12 и продолжается, пока может. Чтобы из ничем не примечательной диплоидной клетки-сперматогония получился зрелый хвостатый сперматозоид, нужно около двух месяцев, а сам мейоз проходит значительно быстрее. Обменялись хромосомы дедушки и бабушки кусочками, разошлись восвояси, и дело в шляпе.
Между тем клетки, из которых получаются сперматогонии (их неизобретательно называют «сперматогонии А»), продолжают делиться всю жизнь. Чем старше мужчина, тем больше делений за плечами у каждого его сперматозоида и тем, видимо, больше должно в нем накопиться мутаций. Это в теории. О практике чуть ниже.
Мамина история
С женщиной вообще не стоит обсуждать, где и когда у нее происходит мейоз, тем более при первом знакомстве. И не потому, что это неприлично (как раз с этим все на удивление благополучно, ибо он происходит в животе), а потому, что слишком сложно.
Дело в том, что все мамины мейозы начинаются еще в тот момент, когда мама сидит в животе у бабушки. Уже тогда становится точно известно, сколько яйцеклеток произведет за свою жизнь будущая мама, и в последующей жизни ничего к ним добавить не получится. Там, в бабушкиной матке и в том, что станет потом мамиными яичниками, бабушкины и дедушкины хромосомы находят друг друга и объединяются, чтобы обменяться участками и как следует перетасовать гены.
Однако в этот момент звучит команда «стоп». Дальше этого момента ничего не происходит. Это называется мейотическим арестом (точнее, первым арестом, потому что потом будет еще и второй, не имеющий отношения к нашему повествованию). В этом промежуточном состоянии будущие яйцеклетки застревают надолго — пока не настанет их очередь дозреть перед очередной овуляцией. Лишь тогда хромосомы — уже не бабушкины и дедушкины, а перетасованные — расходятся навсегда. А окончательно гаплоидной яйцеклетка становится лишь после того, как в нее проникнет сперматозоид — это, кстати, и есть снятие второго ареста.
Глупая логика подсказывает, что раз яйцеклетка проходит гораздо меньше делений, чем сперматозоид, то и мутаций в ней должно накопиться меньше. Зато, раз хромосомы бабушки и дедушки так долго были вместе, они могли успеть получше перемешаться между собой. Глупую логику, однако, неплохо бы проверить экспериментами. Теперь мы, наконец, знаем достаточно гендерных подробностей, чтобы перейти к изложению самих этих экспериментов.
Что узнали в Исландии
Исландия — маленькая страна, в ней живет всего 300 000 человек. Однако это довольно продвинутая страна, и больше половины ее населения заказали себе полный анализ генома. Таким образом, в руках генетиков оказался бесценный материал: они получили возможность в деталях сравнить хромосомы множества дедушек и бабушек, мам и пап, а также их детей. В исследовании, о котором пойдет речь, сравнивали геномы 150 000 человек. Это огромный материал, о котором еще 10 лет назад никто не мог и мечтать.
Первые данные были опубликованы еще пару лет назад. Тогда исследователи разбирались со «сложными кроссоверами». Оказалось, что обмены между бабушкиными и дедушкиным хромосомами, происшедшие в теле папы, сильно отличаются от маминых. У мамы происходит значительно больше таких сложных событий, они захватывают более длинные участки хромосом. Более того, это число еще и заметно увеличивается с возрастом женщины.
Тут мы, конечно, можем снова применить свою глупую логику и сказать: «Ничего удивительного: раз в теле мамы бабушкины и дедушкины хромосомы десятилетиями остаются вместе, у них куда больше времени, чтобы перетасоваться между собой причудливым образом». Но можем и с важным видом заявить, что про это науке ничего не известно, зато теперь известен финальный результат: рекомбинация между дедушкой и бабушкой по материнской линии куда причудливее, чем по отцовской. Другими словами, вероятнее, что вы получите в наследство большой и цельный кусок генома папиного папы, со всеми его причудами и странностями, закодированными в этом куске, чем такой же кусок от маминого папы. С маминой стороны все будет сложнее и запутаннее.
Но это из той, старой статьи, а в новой авторы занялись кое-чем еще: мутациями, возникшими в одном поколении. Оказалось, что эти мутации очень сильно тяготеют к тем самым точкам, где бабушкины и дедушкины хромосомы обменивались участками. Насколько сильно? На расстоянии до 1000 букв-нуклеотидов от точки хромосомного обмена появление мутации в 50 раз вероятнее, чем в среднем по геному.
Ну и поскольку мы уже знаем, что у мам число и сложность кроссоверов растет с возрастом, то должно расти и число мутаций. А именно, каждый прожитый мамой год добавляет ребенку 0,38 новых мутаций (вспомним, что все эти годы с яйцеклетками вроде бы ничего не происходит: они находятся в состоянии ареста, а уж как там в них договариваются бабушкины и дедушкины хромосомы, нам судить сложновато). А что же у папы? С папой все хуже: каждый папин год жизни — 1,39 новых мутаций у младенца. Что неудивительно, поскольку папины клетки делятся.
Таким образом, от папы (а особенно, как говорится, «возрастного») наш младенец получит крупно порубленную смесь из дедушкиных и бабушкиных хромосом, подпорченных мутациями. От мамы — куда более прихотливый, но, с другой стороны, лучше сохранившийся, коктейль из генов. Никакой симметрии на уровне базовой генетики.
К счастью, ни один дремучий невежда не смог бы интерпретировать этот результат в том смысле, что мужчина — или, наоборот, женщина — главнее в деле передачи генов от предков к потомкам. Ученые ведь в принципе могли бы открыть и такое. Они вообще все что угодно могут открыть, а нам потом объясняться с массовым читателем, уточнять, что никто тут не сексист, а просто так уж устроена природа. Для нас главное — чтобы не случилось так, как с Джеймсом Уотсоном, одного скандала генетикам на этот год вполне достаточно.
А политкорректный вывод состоит в том, что сразу, одним махом удалось узнать, насколько сложно формируется генетическое разнообразие человечества. Благодарить за это надо, во-первых, любознательных исландцев, массово расшифровавших собственные геномы. И, во-вторых, генетиков, которые сделали возможным исследование, о котором совсем недавно никто и подумать не мог. Там, в этих исландских данных, наверняка скрывается еще масса поучительных фактов, исследователи только начали в них разбираться, а уже столько всего узнали. Когда узнают что-то еще, мы вам непременно расскажем.
Автор: Алексей Алексенко
Ссылка на источник
Journal information