Вчені кажуть, що Y-хромосома поступово зникає

Стать немовлят людини та інших ссавців визначається геном, що визначає чоловічу стать на Y-хромосомі. Але Y-хромосома людини вироджується і може зникнути через кілька мільйонів років, що призведе до нашого вимирання, якщо ми не винайдемо новий ген статі.

Хороша новина полягає в тому, що дві гілки гризунів вже втратили Y-хромосому і дожили до наших днів. У статті, опублікованій у Proceedings of the National Academy of Science у 2022 році, показано, як у колючого щура з’явився новий ген, що визначає чоловічу стать.

Як Y-хромосома визначає стать людини

У людини, як і в інших ссавців, жінки мають дві Х-хромосоми, а чоловіки — одну Х-хромосому і крихітну хромосому Y. Назви не мають нічого спільного з їхньою формою; Х означає «невідомий».

Х містить близько 900 генів, які виконують різноманітну роботу, не пов’язану зі статтю. Натомість Y містить небагато генів (близько 55) і багато некодуючої ДНК — простої повторюваної ДНК, яка, здається, нічого не робить. Але Y-хромосома має особливе значення, оскільки містить дуже важливий ген, який запускає розвиток чоловічої статі в ембріоні.

Приблизно через 12 тижнів після зачаття цей головний ген вмикає інші, які регулюють розвиток яєчка. Ембріональне яєчко виробляє чоловічі гормони (тестостерон та його похідні), що забезпечує розвиток дитини як хлопчика.

Цей головний ген статі був ідентифікований як SRY (статевий регіон на Y) у 1990 році. Він працює, запускаючи генетичний шлях, що починається з гена SOX9, який є ключовим для визначення чоловічої статі у всіх хребетних, хоча він не лежить на статевих хромосомах.

Зникаюча Y-хромосома

Більшість ссавців мають X і Y хромосоми, подібні до наших; X з великою кількістю генів, а Y з SRY та кількома іншими. Ця система спричиняє проблеми через неоднакову кількість генів Х у самців і самок.

Як еволюціонувала така дивна система? Дивовижним відкриттям є те, що австралійські качконоси мають зовсім інші статеві хромосоми, більше схожі на пташині. У качкодзьоба пара XY — це звичайна хромосома, з двома рівними членами. Це свідчить про те, що ссавці X і Y не так давно були звичайною парою хромосом.

У свою чергу, це означає, що хромосома Y втратила 900-55 активних генів за 166 мільйонів років, протягом яких люди і качкодзьоби еволюціонували окремо. Це втрата приблизно п’яти генів на мільйон років. Такими темпами останні 55 генів зникнуть через 11 мільйонів років.

Наша заява про неминучу загибель людської Y-хромосоми викликала фурор, і донині лунають твердження і заперечення щодо очікуваного часу життя нашої Y-хромосоми — оцінки коливаються від нескінченності до кількох тисяч років.

Гризуни без Y-хромосоми

Хороша новина полягає в тому, що ми знаємо дві лінії гризунів, які вже втратили Y-хромосому — і все ще виживають. Кротові полівки Східної Європи та колючі щури Японії можуть похвалитися деякими видами, в яких Y-хромосома, або SRY, повністю зникла. Х-хромосома залишилася, в одинарній або подвійній дозі в обох статей.

Хоча поки що незрозуміло, як кротові полівки визначають стать без гена SRY, команді під керівництвом біолога з Університету Хоккайдо Асато Куроїви більше пощастило з колючим щуром — групою з трьох видів на різних японських островах, які перебувають під загрозою зникнення.

Команда Куройви виявила, що більшість генів на Y-хромосомі колючих щурів були переміщені в інші хромосоми. Але вона не знайшла жодних ознак ні SRY, ні гена, який його замінює.

У 2022 році вони опублікували успішну ідентифікацію в PNAS. Команда знайшла послідовності, які були в геномах самців, але не самок, потім уточнила їх і перевірила послідовність на кожному окремому щурі. Вони виявили крихітну відмінність біля ключового статевого гена SOX9 на хромосомі 3 колючого щура. Невелика дуплікація (лише 17 000 пар основ з понад 3 мільярдів) була присутня у всіх самців, але не у жодної самки.

Вони припускають, що ця невелика ділянка продубльованої ДНК містить перемикач, який зазвичай вмикає SOX9 у відповідь на SRY. Коли вони ввели цю дуплікацію мишам, то виявили, що вона підвищує активність SOX9, тож зміна може дозволити SOX9 працювати без SRY.

Що це означає для майбутнього чоловіків

Неминуче — з точки зору еволюції — зникнення Y-хромосоми людини викликало спекуляції щодо нашого майбутнього. Деякі ящірки та змії є виключно жіночими видами і можуть виробляти яйцеклітини з власних генів за допомогою так званого партеногенезу. Але це не може статися з людьми чи іншими ссавцями, оскільки у нас є щонайменше 30 важливих «закарбованих» генів, які працюють лише тоді, коли вони надходять від батька через сперматозоїди.

Для розмноження нам потрібна сперма, і нам потрібні чоловіки, а це означає, що кінець Y-хромосоми може означати вимирання людської раси.

Нове відкриття підтверджує альтернативну можливість — що люди можуть розвинути новий ген, який визначає стать. Фух! Однак еволюція нового гена, що визначає стать, пов’язана з певними ризиками. Що, якщо в різних частинах світу еволюціонує більше однієї нової системи?

«Війна» статевих генів може призвести до відокремлення нових видів, як це сталося з кротами та колючими щурами.

Отже, якби хтось відвідав Землю через 11 мільйонів років, то, можливо, не знайшов би на ній людей — або кілька різних людських видів, які трималися б окремо завдяки різним системам визначення статі.