Он, она, оно Как животные выбирают себе пол

Австралийские биологи предупредили, что через 80 лет гаттерии – древние пресмыкающиеся, жившие еще во времена динозавров, – могут исчезнуть, так как при повышении температуры все рождающиеся особи будут самцами. Такой необычный способ определения пола, на самом деле, является весьма типичным для животного мира. Более того, деление на самцов и самок в природе происходит и более экзотическими методами.

Прежде чем говорить о том, как происходит определение пола у животных, необходимо определить сам термин "пол". Пол – это совокупность морфологических, физиологических, биохимических и других особенностей организма, обеспечивающих половое размножение, под которым мы будем подразумевать оплодотворение, то есть слияние мужских и женских половых клеток (гамет) в зиготу, из которой развивается новый организм.

Привычное

У человека пол зависит только от хромосом – плотно упакованных молекул ДНК. Хромосомы приносят в будущую зиготу гаметы: сперматозоид со стороны отца и яйцеклетка со стороны матери. Мужчина или женщина вырастает из зиготы и зависит не от всех хромосом, а только от половых. У человека половые хромосомы получили название X (женская хромосома) и Y (мужская). Сочетание двух X-хромосом определяет женский пол. Мужчины несут в своих клетках одну X и одну Y-хромосому.

Этот способ определения пола получил название хромосомного. Он характерен для многих животных, но далеко не у всех женский пол определяется сочетанием одинаковых хромосом, а мужской – разных. Аналогичная с человеком схема "работает" у некоторых насекомых, рыб и пресмыкающихся. Правда, те же насекомые, рыбы и пресмыкающиеся (но другие) определяют женский и мужской пол наоборот. Еще один вариант: самки/самцы несут две одинаковых хромосомы, а самцы/самки – ту же хромосому, но в единственном числе. Так определяется пол, например, у водяного клопа, некоторых бабочек и круглых червей.

Существуют еще несколько возможных комбинаций, но для иллюстрации тезиса о том, что хромосомная детерминация пола может быть реализована различными путями, примеров, кажется, достаточно. Следует отметить, что для обеспечения формирования тех самых "морфологических, физиологических и биохимических особенностей организма" в каждом из вариантов работают отличные от других генетические механизмы.

Непривычное

В поисках оптимального варианта природа разрабатывала принципиально иные способы определения пола. Для того чтобы обеспечить максимальную приспособляемость организма к условиям обитания, она решила принять непосредственное участие в выборе между самцами и самками. Например, у упоминавшихся выше гаттерий при температуре ниже 22,1 градуса по Цельсию из яиц вылупляются самки, а при температуре от 22,2 градуса и выше резко возрастает вероятность появления самцов. У красноухих черепах, напротив, с повышением температуры число самцов падает.

"Половая зависимость" у грифовых черепах и аллигаторов носит более сложный характер. При минимальной температуре, которую выдерживают яйца этих животных, в них развиваются преимущественно самки. С повышением температуры растет и число самцов. Однако кривая роста их численности имеет максимум. То есть, с увеличением температуры число самцов в популяции сначала растет, а потом вновь начинает снижаться.

Каким образом температура влияет на пол эмбриона? Определяющую роль здесь играет баланс половых гормонов. Во время формирования организма за развитие признаков пола отвечают половые гормоны. У многих организмов женские гормоны являются производными мужских. За превращение отвечают определенные ферменты. Именно их активность может зависеть от температуры. Поэтому нагрев или охлаждение яиц, скажем, пресмыкающихся окажет эффект только в определенный период развития эмбрионов – на стадии, когда происходит "выбор" между мужскими и женскими половыми гормонами.

Возникает вопрос, что происходит у животных, пол которых зависит от температуры, с мужскими и женскими половыми хромосомами. Ответ состоит в следующем: половых хромосом у них просто нет. То есть, производство половых гормонов запрограммировано в неполовых хромосомах, одинаковых у самцов и самок, и пол определяется только физиологическими и морфологическими, а не генетическими особенностями.

Однако оказалось, что у этого правила есть исключения. В 2007 году австралийские ученые обнаружили, что у бородатых агам Pogona vitticeps - ящериц, обитающих в сухих редколесьях и каменистых полупустынях Австралии, - пол определяется как хромосомами, так и температурой. При повышенной температуре из яиц агам вылуплялись преимущественно самки, причем часть из них обладала мужским генотипом ZZ (самки агамы несут половые хромосомы ZW). Исследователи предположили, что за формирование мужского пола отвечает некий фактор, закодированный в хромосоме Z. Когда его синтезируется много (генотип ZZ) – формируются мужские половые признаки, когда мало (генотип ZW) – женские. Возможно, при повышенной температуре интенсивность синтеза этого фактора или его активность у самцов снижается, и развитие эмбриона направляется по женскому типу.

Кстати, такой механизм определения пола – зависимый от количества определенного фактора – характерен для многих насекомых, например для знаменитой мушки-дрозофилы Drosophila melanogaster. Ее пол определяется не сочетанием половых хромосом, а отношением количества половых хромосом X (еще у них есть половые хромосомы Y) к числу неполовых хромосом. Чем больше это соотношение, тем более выражены женские признаки. Когда оно составляет 1:3 – образуется "суперсамец" – особь с гипертрофированными мужскими признаками, когда оно равно 1:2 – формируется нормальный самец. Соотношение числа половых хромосом X к числу неполовых хромосом 2:3 дает "суперсамок", соотношение, равное 1 - нормальных самок, а промежуточные варианты между 1:2 и 1 – "интерсексов" – мух, у которых частично развиты мужские, а частично – женские признаки.

Совсем непривычное

У некоторых организмов с определением пола связаны совсем парадоксальные, на первый взгляд, события. Например, пол морского червя Bonellia viridis зависит от встречи личинки с самкой. Если свидание состоится – личинка разовьется в особь мужского пола, паразитирующую в матке этой самки. Если нет – личинке придется самой стать самкой.

Определение пола у коралловых рыбок Labroides dimidiatus, больше известных как губаны, или чистильщики, также зависит от отношений самцов и самок. Как выразился один из изучавших этих рыб зоологов: "Заветная мечта самки губана – стать самцом". Самец губана "содержит" гарем из нескольких самок. В случае его смерти одна из них начинает менять пол и в конце концов превращается в самца. Правда, из самок чистильщиков получаются не совсем настоящие самцы: "переродившиеся" рыбки оказываются гермафродитами.

У улиток-блюдечек Crepidula fornicata каждая особь успевает побыть и самцом и самкой в течение жизни. Эти моллюски живут в колониях: отдельные организмы "сидят" друг на друге, образуя подобие пирамиды. Новые особи образуются в колониях сверху вниз. "Новорожденные" блюдечки – всегда самцы. Постепенно мужская половая система моллюсков деградирует, и они превращаются в самок. Новоиспеченную самку оплодотворяет образовавшийся над ней самец.

Некоторые организмы могут менять пол "по желанию". Так, морские огурцы Polycheira rufescens делают это несколько раз в жизни. В период размножения часть особей становится ярко выраженными самками, часть – самцами, а некоторые сочетают в себе оба качества. После того как произошло оплодотворение, большинство морских огурцов остаются гермафродитами.

Вообще, четкое разграничение между мужскими и женскими особями характерно отнюдь не для всех живых существ. Многие из них предпочитают вообще не определяться со своим полом. Гермафродитизм особенно характерен для организмов, стоящих достаточно низко на эволюционной лестнице. К животным, у которых существует только один пол, относятся многие губки, кишечнополостные (медузы, коралловые полипы), многие черви, а также некоторые раки и рыбы. Гермафродиты являются самодостаточными живыми организмами: они образуют как мужские, так и женские половые клетки, и для размножения им не нужна пара.

Существует еще множество примеров весьма вольного обращения природы с полом. В каждом случае тот или иной способ его определения позволяет организму приспособиться к окружающим его условиям среды. Творческий подход, который при этом реализуется, не может не вызывать восхищения: в поисках оптимального механизма природа перепробовала самые неожиданные варианты. В ходе эволюции переходы от одного способа к другому совершались неоднократно, и возможно, только случай определил, что люди вполне определенно разделяются на мужчин и женщин и меняют пол только с помощью хирургов.