Онтогенез. От клетки до человека - Джейми Дейвис

Если основанный на WNT4 «переключатель» в соматических клетках гонады находится в положении «женский путь развития», то они будут развиваться в клетки, обеспечивающие формирование яйцеклеток. Они посылают сигналы, благодаря которым остальные клетки половой железы образуют ткани яичника, а не семенника (яичники не состоят из многочисленных трубочек, а заполнены рыхлой тканью и группами клеток, которые собираются вокруг развивающихся яйцеклеток). Один из сигналов этих клеток подталкивает зародышевые клетки к особому типу деления – мейозу, – который имеет решающее значение для формирования как яйцеклеток, так и сперматозоидов. В организме мальчиков мейоз начинается только после наступления половой зрелости, но у девочек все клетки зародышевой линии вступают в мейоз практически в самом начале развития яичников: на момент рождения девочки все ее яйцеклетки находятся в состоянии мейоза. Хотя мейоз начинается еще до рождения, он, как ни странно, приостанавливается в период примерно с двенадцати до пятидесяти лет, и только несколько яйцеклеток возобновляют свое развитие каждый менструальный цикл. Такой характер развития имеет одно неприятное медицинское следствие. Развивающиеся яйцеклетки, сделавшие паузу в мейозе, крайне уязвимы к лекарственным препаратам, которые иногда используется в химиотерапии, и для больных раком девочек и молодых женщин ценой спасения может оказаться бесплодие. К счастью, был разработан метод, позволяющий удалять участки ткани яичников перед началом химиотерапии, замораживать их, а затем трансплантировать обратно, если женщина, достигнув детородного возраста, решит, что хочет завести детей.[214]

Мейоз, в отличие от обычного клеточного деления, не приводит к образованию двух дочерних клеток с теми же хромосомами, что были и у материнской. Обычная клетка человеческого тела перед делением имеет по две копии каждой хромосомы, одна из которых унаследована от матери, а другая – от отца. Есть две копии хромосомы 1, две копии хромосомы 2, и так далее. Если клетка женская, у нее есть две копии Х-хромосомы, а если клетка мужская, то у нее есть одна Х-хромосома и одна Y-хромосома (потому что, как я говорил выше, именно присутствие Y-хромосомы и белка SRY приводит к созданию мужского организма). При нормальном делении каждая хромосома копируется, и дочерние клетки получают тот же набор, что и материнская клетка, а вот при мейозе хромосомы распределяются между клетками таким образом, что одна из копий достается одной дочерней клетке, а вторая – другой. Поэтому в конечном итоге дочерние клетки обладают только одной копией каждой хромосомы. Это именно то, что нужно яйцеклетке или сперматозоиду – когда в процессе оплодотворения они сольются, у оплодотворенной яйцеклетки будет нормальное количество хромосом. Все яйцеклетки, образованные в процессе мейоза в организме женщины, несут исключительно Х-хромосомы. Однако в мужском организме половина сперматозоидов несет Х-хромосому, а вторая половина – Y-хромосому. Если яйцеклетку оплодотворит сперматозоид с X-хромосомой, у эмбриона будут две Х-хромосомы и ни одной Y-хромосомы, и родится девочка. Если же яйцеклетку оплодотворит сперматозоид с Y-хромосомой, то эмбрион получит Y-хромосому (а с ней и ген SRY), и родится мальчик. Примерное соотношение мужчин и женщин в человеческой популяции – 50/50[215] – непосредственно связано с характером распределения хромосом при мейозе.

Однако мейоз – это далеко не только распределение хромосом между дочерними клетками. В каждой паре хромосом копия, унаследованная от матери, и копия, унаследованная от отца, немного отличаются. Это никак не связано с полом родителей, а отражает их индивидуальные черты. ДНК хромосом со временем мутирует, поэтому в человеческой популяции существует множество слегка отличающихся версий каждой хромосомы. Это разнообразие хромосом – одна из причин различий между людьми (они также могут быть связаны с влиянием окружающей среды). На ранних стадиях мейоза две копии хромосомы сближаются, и происходит рекомбинация – сложный процесс, в ходе которого две хромосомы обмениваются участками, разрезая и снова склеивая свою ДНК. Это означает, что копии хромосом, которые передаются сперматозоиду или яйцеклетке, представляют собой гибридные версии копий, имеющихся в обычных клетках организма (рис. 60).

Рис. 60. Рекомбинация между хромосомами при мейозе (в данном случае в семеннике). Для лучшего восприятия на схеме изображена только одна пара из двадцати трех пар хромосом человека. Как и в случае любого деления, сначала все хромосомы копируются. Затем происходит событие, характерное только для мейоза, – унаследованная от матери копия хромосомы обменивается участками с копией, унаследованной от отца (происходит рекомбинация). После окончания этого этапа происходят два клеточных деления и образуются четыре гаметы, каждая из которых несет свою собственную (и отличающуюся от исходной) версию хромосомы 1. То же самое произойдет и с хромосомами 2–21, а вот хромосомы последней пары (X и Y) не рекомбинируют. Похожий процесс происходит и в яичниках женщины, но после каждого этапа деления одна дочерняя клетка погибает, и в результате образуется не четыре гаметы, а одна

Важно, что обмен участками хромосом при мейозе практически случаен, поэтому разные сперматозоиды (или яйцеклетки) одного и того же человека генетически отличаются друг от друга. Именно поэтому дети одних родителей могут быть очень разными.

По сути, рекомбинация, происходящая при мейозе в ваших половых железах, является первым моментом генетического объединения ваших родителей. Да, вы получили хромосомы и от матери и от отца, но они стоят особняком в каждой клетке вашего организма, нередко давая противоречивые указания по поводу вашего развития. Хромосомы ваших родителей постоянно «спорят» на языке функционирования генов о том, каким вам быть. «Глаза будут голубые!» – «Нет, карие!» – «Высокий!» – «Нет, коренастый!» – «Спокойный!» – «Нет, вспыльчивый!» И так далее. Одни черты, например цвет глаз, определяются относительно небольшим числом генов, а другие, например подверженность стрессам, – очень многими генами. Только после рекомбинации в процессе мейоза гены ваших родителей наконец встречаются и объединяются. После этого они уже готовы выступить единым фронтом и, когда придет время, «поспорить» с генами родителей вашего мужа или жены о том, каким будет ваш ребенок.

Однако определенный тип половых желез – не единственное, что делает человека мужчиной или женщиной. Как минимум существенно различается строение репродуктивной системы в целом, а к концу развития также накапливается множество менее значительных различий в строении других частей тела. У взрослых к таким отличиям относятся размер молочных желез (они развиты у женщин и недоразвиты у мужчин), форма костей (форма передней части таза немного различается у мужчин и женщин, и в том числе благодаря этому археологи могут определить пол скелета), размер костей (в пределах этнической группы мужчины в среднем крупнее женщин), размер мышц (опять же, у мужчин они крупнее), особенности роста волос (мужчины более волосаты), а также строение и функции некоторых частей мозга. Клетки во всех этих частях тела содержат ту же комбинацию хромосом (XX или XY), что и в гонадах, но нет никаких указаний на то, что клетки млекопитающих хоть как-то используют этот факт.[216] Создается впечатление, что Y-хромосома, если она есть, неактивна везде, кроме гонад на раннем этапе развития. Вместо того чтобы «обратиться за советом» к собственным хромосомам, клетки остальных частей организма в основном полагаются на сигналы половых желез. Эти сигналы представляют собой мелкие молекулы, которые легко переносятся на большие расстояния, – гормоны.