Но диплоидность – это еще не половое размножение, а только его предпосылка. Слияние двух «одинарных» клеток в одну «двойную» называется оплодотворением. Помимо оплодотворения, для полового размножения нужен еще обратный процесс: превращение «двойной» клетки в «одинарную». Этот процесс, оплодотворение наоборот, называется мейозом, а «одинарные» клетки – гаплоидными8–10.
Понять, зачем нужен мейоз и вообще половое размножение, проще всего на примере тех, у кого его нет – и это, как обычно, бактерии.
Вообразим себе на секунду бактериальный секс. Пускай две бактерии в порыве нежности сбросили свои клеточные стенки и слились, объединив свои хромосомы. Поскольку у каждой из бактерий всего одна хромосома, у нас получилась диплоидная бактерия с двумя хромосомами. Если она решит провернуть мейоз и разобьет эту пару хромосом на две отдельные клетки, то в результате получатся ровно те же две бактерии, с которых все началось. Совершенно непонятно, зачем им может понадобиться такой бессмысленный цикл.
КСТАТИ
На самом деле нечто подобное сексу у бактерий все-таки существует и называется конъюгацией. Но полноценного слияния клеток и геномов при этом не происходит. Вместо этого между двумя бактериями устанавливается мостик, по которому передается небольшое генетическое послание – плазмида. Это скорее напоминает обмен новостями, чем оплодотворение. В долгосрочной перспективе конъюгация усиливает сходства между организмами, а секс – различия.
Но если у каждой из клеток-партнеров хромосом не одна, а хотя бы две, то в слиянии с последующим мейозом появляется смысл. И действительно, разделение генома на многочисленные хромосомы – одно из ключевых отличий эукариот от бактерий.
Чем больше хромосом, тем больше новых комбинаций, которые можно из них составить. При оплодотворении все хромосомы смешиваются, а при мейозе каждая пара хромосом случайно распределяется между дочерними клетками. Если хромосом две, то возможны уже не только два исходных варианта, а еще два других, смешанных, итого 4. Если хромосом 3, то вариантов 8. А 23 пары хромосом, как у нас, позволяют скомбинировать их 8,3 млн возможных способов. В такой рекомбинации, или попросту перемешивании, и состоит смысл полового размножения, то есть чередования слияний и мейозов.
Половое размножение – это с исторической точки зрения вообще не размножение. Это способ перемешать свои гены с чужими и создать в результате новые, потенциально успешные комбинации, причем чем больше разных комбинаций, тем лучше.
Все в механике полового размножения устроено так, чтобы обеспечить максимум перемешивания. Есть перемешивание хромосом: их случайная сортировка в дочерние клетки. Есть так называемый кроссинговер. На одной из стадий мейоза гомологичные хромосомы сплетаются и обмениваются участками, то есть получается не просто перемешивание хромосом, а перемешивание аллелей в хромосомах. Но главный источник разнообразия – это сам факт свободы половых сношений. Перемешивание организмов. Половое размножение означает, что организмы могут решать, с кем они хотят скомбинировать свои гены. Половое размножение дает нам выбор.
В паху у тополя
Что вообще такое пол? Когда я прошу студентов определить, чем отличается мужской пол от женского, то ответы обычно делятся на две категории: знатоки вспоминают про X– и Y-хромосомы, ну а кто попроще, конечно, концентрируются на паховой области. Правильный вариант ответа – на третьем месте с большим отставанием.
Ответ насчет паховой области – слишком человеческий. У растений, например, вообще ничего такого нет, а мужские и женские особи и органы тем не менее различаются. То же самое относится к вынашиванию плода, уходу за потомством, гормональным различиям и любым другим первичным или вторичным половым признакам. Если мужчины и женщины есть у тополей или, например, у дрожжей, то о каком уходе за потомством может идти речь? Деление на два пола – это нечто более широкое и относится не только к человеку, а ко всей природе.
Что не так с X– и Y-хромосомами? Тут стоит разобраться поподробнее. X и Y – это просто названия. Так называются гомологичные хромосомы особой, половой пары, которая определяет пол у человека. Большинство пар гомологичных хромосом, хоть и представляют собой независимые архивы генов, в целом похожи друг на друга размерами и строением. Но в половой паре все иначе. В этой паре бывают два разных типа хромосом. Одна хромосома нормальная, средних размеров, со здоровым количеством генов. Этот тип половой хромосомы называется «X». Вторая – жалкий обрубок, на которой почти ничего не записано. Единственная роль этого обрубка – создавать мужчин. Он называется «Y».
В диплоидной клетке, то есть в обычной клетке человеческого организма, половых хромосом, как и других хромосом, две штуки. У женщин обе из них типа «X» (можно сказать генотип XX), а у мужчин одна типа «X», а другая типа «Y» (генотип XY). В яичниках или семенниках клетки с соответствующими генотипами проходят мейоз (редукционное деление), при котором половые хромосомы распределяются между двумя половыми клетками, или гаметами. Слово «гамета» происходит от древнегреческого γάμος – «брак», но в глубине души я всегда ассоциировал его с «гаплоидной ракетой». Это, конечно, с моей стороны очень антропоцентрично, а то и, прости господи, андроцентрично.
Итак, каждая гамета получает по одной половой хромосоме из двух. Соответственно у мужчин образуются два типа сперматозоидов: в половине из них X, в половине Y. Женщины же производят яйцеклетки, в которых может быть только X. При оплодотворении яйцеклетка сливается с одним из двух типов сперматозоидов. В зависимости от того, какую половую хромосому тот несет – полноценную X или обрубок Y, – из полученной зиготы вырастет либо женщина, либо мужчина соответственно.
Здесь становится понятна основная ошибка студентов, которые считают, что мужчины – это XY, а женщины – XX. И дело даже не в том, что это просто выдуманные названия. Главное, что генотипы определяют пол, а не являются им. У человека тот, у кого разные половые хромосомы, становится мужчиной, а тот, у кого одинаковые, в норме становится женщиной.
У других видов пол может определяться иначе. У птиц или, например, змей, все наоборот: одинаковые хромосомы у самцов, разные у самок (чтобы избежать путаницы, они обозначаются другими буквами: Z и W). У черепах и крокодилов пол может определяться температурой (бывает так, что в прохладных гнездах вылупляются одни самцы, а в гнездах потеплее – одни самки)11.
КСТАТИ
Любопытная история с мухами. С виду у них то же самое, что и у нас: мужчины XY, женщины XX. Но на самом деле пол у них определяется совсем по-другому.
Иногда при мейозе происходят ошибки, и появляются половые клетки с лишней половой хромосомой или вообще без нее, поэтому изредка диплоидному зародышу вместо положенных двух половых хромосом может достаться три или одна. Так вот, в случае с мухами и людьми принципиален случай моносомии по X-хромосоме, то есть патологической ситуации, при которой вместо XX или XY у зародыша всего одна X-хромосома, что обозначается как XO. У человека такие зародыши развиваются в женщин (хоть и с серьезными патологиями, так называемым синдромом Тёрнера), но вот у мух особи с генотипом XO – это самцы.
