Як тварини вибирають собі стать Наука та техніка
Як тварини вибирають собі підлогу
Австралійські біологи попередили, що через 80 років гаттерії - стародавні плазуни, що жили ще за часів динозаврів, - можуть зникнути, оскільки при підвищенні температури особини, що народжуються, будуть самцями. Такий незвичайний спосіб визначення статі насправді є досить типовим для тваринного світу. Понад те, розподіл на самців і самок у природі відбувається і екзотичними методами.
Перш ніж говорити про те, як відбувається визначення статі у тварин, необхідно визначити сам термін "статтю". Підлога - це сукупність морфологічних, фізіологічних, біохімічних та інших особливостей організму, що забезпечують статеве розмноження, під яким ми маємо на увазі запліднення, тобто злиття чоловічих і жіночих статевих клітин (гамет) в зиготу, з якої розвивається новий організм.
У людини стать залежить тільки від хромосом – щільно упакованих молекул ДНК. Хромосоми приносять у майбутню зиготу гамети: сперматозоїд із боку батька та яйцеклітина з боку матері. Чоловік чи жінка виростає із зиготи і залежить не від усіх хромосом, а лише від статевих. У людини статеві хромосоми отримали назву X (жіноча хромосома) та Y (чоловіча). Поєднання двох X-хромосом визначає жіноча стать. Чоловіки несуть у клітинах одну X і одну Y-хромосому.
Цей спосіб визначення статі отримав назву хромосомної. Він характерний для багатьох тварин, але далеко не у всіх жіноча стать визначається поєднанням однакових хромосом, а чоловічий - різних. Аналогічна з людиною схема "працює" у деяких комах, риб та плазунів. Щоправда, ті ж комахи, риби та плазуни (але інші) визначають жіночу та чоловічу стать навпаки. Ще один варіант: самки/самці несуть двіоднакових хромосоми, а самці/самки - ту ж хромосому, але в однині. Так визначається підлога, наприклад, у водяного клопа, деяких метеликів та круглих хробаків.
Існують ще кілька можливих комбінацій, але для ілюстрації тези про те, що хромосомна детермінація підлоги може бути реалізована різними шляхами, прикладів, здається, достатньо. Слід зазначити, що для забезпечення формування тих самих "морфологічних, фізіологічних та біохімічних особливостей організму" у кожному з варіантів працюють відмінні від інших генетичні механізми.
У пошуках раціонального варіанта природа розробляла принципово інші методи визначення статі. Для того щоб забезпечити максимальну пристосованість організму до умов проживання, вона вирішила взяти безпосередню участь у виборі між самцями та самками. Наприклад, у згадуваних вище гаттерій при температурі нижче 22,1 градуса Цельсію з яєць вилуплюються самки, а при температурі від 22,2 градуси і вище різко зростає ймовірність появи самців. У червоновухих черепах, навпаки, з підвищенням температури кількість самців падає.
"Полова залежність" у грифових черепах та алігаторів носить більш складний характер. За мінімальної температури, яку витримують яйця цих тварин, у них розвиваються переважно самки. З підвищенням температури зростає і кількість самців. Проте крива зростання їхньої чисельності має максимум. Тобто зі збільшенням температури число самців у популяції спочатку зростає, а потім знову починає знижуватися.
Як температура впливає на підлогу ембріона? Визначальну роль тут грає баланс статевих гормонів. Під час формування організму за розвиток ознак статі відповідають статеві гормони. У багатьох організмів жіночі гормони є похідними чоловічих. Заперетворення відповідають певні ферменти. Саме їхня активність може залежати від температури. Тому нагрівання або охолодження яєць, скажімо, плазунів зробить ефект лише у певний період розвитку ембріонів – на стадії, коли відбувається "вибір" між чоловічими та жіночими статевими гормонами.
Виникає питання, що відбувається у тварин, стать яких залежить від температури, з чоловічими та жіночими статевими хромосомами. Відповідь полягає в наступному: статевих хромосом у них просто немає. Тобто, виробництво статевих гормонів запрограмоване в нестатевих хромосомах, однакових у самців і самок, і стать визначається лише фізіологічними і морфологічними, а не генетичними особливостями.
Однак виявилося, що це правило має винятки. У 2007 році австралійські вчені виявили, що у бородатих агам Pogona vitticeps - ящірок, що мешкають у сухих рідкісних та кам'янистих напівпустелях Австралії, - підлога визначається як хромосомами, так і температурою. При підвищеній температурі з яєць агам вилуплювалися переважно самки, причому частина з них мала чоловічий генотип ZZ (самки агами несуть статеві хромосоми ZW). Дослідники припустили, що формування чоловічої статі відповідає певний чинник, закодований в хромосомі Z. Коли його синтезується багато (генотип ZZ) – формуються чоловічі статеві ознаки, коли мало (генотип ZW) – жіночі. Можливо, при підвищеній температурі інтенсивність синтезу цього фактора або його активність у самців знижується, і розвиток ембріона спрямовується за жіночим типом.
До речі, такий механізм визначення статі - залежний від кількості певного фактора - характерний для багатьох комах, наприклад, для знаменитої мушки-дрозофілиDrosophila melanogaster. Її стать визначається не поєднаннямстатевих хромосом, а відношенням кількості статевих хромосом X (ще у них є статеві хромосоми Y) до нестатевих хромосом. Що більше це співвідношення, то більше виражені жіночі ознаки. Коли воно становить 1:3 - утворюється "суперсамець" - особина з гіпертрофованими чоловічими ознаками, коли вона дорівнює 1:2 - формується нормальний самець. Співвідношення числа статевих хромосом X до нестатевих хромосом 2:3 дає "суперсамок", співвідношення, що дорівнює 1 - нормальних самок, а проміжні варіанти між 1:2 і 1 - "інтерсексів" - мух, у яких частково розвинені чоловічі, а частково - жіночі ознаки.
У деяких організмів з визначенням статі пов'язані парадоксальні, на перший погляд, події. Наприклад, підлога морського черв'якаBonellia viridisзалежить від зустрічі личинки з самкою. Якщо побачення відбудеться – личинка розвинеться в особину чоловічої статі, яка паразитує в матці цієї самки. Якщо ні – личинці доведеться стати самкою.
Визначення статі у коралових рибокLabroides dimidiatus, більше відомих як губани, чи чистильники, також залежить від стосунків самців та самок. Як висловився один із зоологів, що вивчали цих риб: "Заповітна мрія самки губана - стати самцем". Самець губана "містить" гарем із кількох самок. У разі його смерті одна з них починає міняти підлогу і врешті-решт перетворюється на самця. Щоправда, із самок чистильників виходять не зовсім справжні самці: рибки, що "переродилися", виявляються гермафродитами.
У равликів-блюдечокCrepidula fornicataкожна особина встигає побути і самцем і самкою протягом життя. Ці молюски живуть у колоніях: окремі організми "сидять" один на одному, утворюючи подобу піраміди. Нові особини утворюються у колоніях зверху донизу. "Новонароджені" блюдечка - завжди самці. Поступово чоловічастатева система молюсків деградує, і вони перетворюються на самок. Новоспечену самку запліднює самець, що утворився над нею.
Деякі організми можуть змінювати підлогу "за бажанням". Так, морські огірки Polycheira rufescens роблять це кілька разів у житті. У період розмноження частина особин стає яскраво вираженими самками, частина – самцями, а деякі поєднують у собі обидві якості. Після того, як сталося запліднення, більшість морських огірків залишаються гермафродитами.
Взагалі, чітке розмежування між чоловічими та жіночими особами характерно аж ніяк не для всіх живих істот. Багато хто з них воліє взагалі не визначатися зі своєю статтю. Гермафродитизм особливо характерний для організмів, які стоять досить низько на еволюційних сходах. До тварин, у яких існує лише одна стать, відносяться багато губок, кишковопорожнинні (медузи, коралові поліпи), багато хробаків, а також деякі раки та риби. Гермафродити є самодостатніми живими організмами: вони утворюють як чоловічі, і жіночі статеві клітини, й у розмноження їм не потрібна пара.
Існує ще безліч прикладів вільного поводження природи зі статтю. У кожному випадку той чи інший спосіб його визначення дозволяє організму пристосуватися до навколишніх умов середовища. Творчий підхід, який при цьому реалізується, не може не викликати захоплення: у пошуках оптимального механізму природа перепробувала найнесподіваніші варіанти. У ході еволюції переходи від одного способу до іншого відбувалися неодноразово, і, можливо, лише випадок визначив, що люди цілком виразно поділяються на чоловіків і жінок і змінюють стать лише за допомогою хірургів.