Y-хромосома зникає. Новий сексуальний ген може стати майбутнім чоловіків

Стать дитинчат людини та інших ссавців визначається геном Y-хромосоми, що визначає чоловічу стать. Але Y-хромосома людини дегенерує і може зникнути через кілька мільйонів років, що призведе до нашого вимирання, якщо ми не виробимо новий статевий ген.

Хороша новина полягає в тому, що дві гілки гризунів уже втратили свою Y-хромосому і дожили, щоб розповісти про це.

Недавня стаття в Proceedings of the National Academy of Science показує, як у колючих щурів виробився новий ген, що визначає самця.

Як Y-хромосома визначає стать людини

У людей, як і в інших ссавців, жінки мають дві Х-хромосоми, а чоловіки — одну Х-хромосому і крихітну маленьку хромосому під назвою Y. Назви не мають нічого спільного з їх формою; X означав «невідомий».

X містить близько 900 генів, які виконують різноманітні функції, не пов’язані зі статтю. Але Y містить мало генів (близько 55) і багато некодуючої ДНК – простої повторюваної ДНК, яка, здається, нічого не робить.

Але Y-хромосома є потужною, оскільки містить надзвичайно важливий ген, який запускає розвиток чоловічої статі в ембріоні.

Приблизно через 12 тижнів після зачаття цей головний ген включає інші, які регулюють розвиток яєчка. Ембріональне яєчко виробляє чоловічі гормони (тестостерон і його похідні), завдяки чому дитина розвивається як хлопчик.

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

Більшість ссавців мають X- і Y-хромосому, подібну до нашої; X із багатьма генами та Y із SRY плюс кілька інших. Ця система має проблеми через неоднакове дозування генів X у чоловіків і жінок.

Як виникла така дивна система? Несподіваним відкриттям є те, що австралійський качкодзьоб має зовсім інші статеві хромосоми, більше схожі на хромосоми птахів.

У качкодзьоба пара XY — це звичайна хромосома з двома рівноправними членами. Це свідчить про те, що X і Y ссавців були звичайною парою хромосом не так давно.

У свою чергу, це має означати, що Y-хромосома втратила 900–55 активних генів протягом 166 мільйонів років, протягом яких люди та качкодзьоби еволюціонували окремо. Це втрата приблизно п’яти генів на мільйон років. З такою швидкістю останні 55 генів зникнуть через 11 мільйонів років .

Наше твердження про неминучу загибель людини Y викликало фурор , і до цього дня існують твердження та контртвердження щодо очікуваного терміну життя нашої Y-хромосоми – за оцінками, від нескінченності до кількох тисяч років.

Гризуни без Y-хромосоми

Хороша новина полягає в тому, що ми знаємо про дві лінії гризунів, які вже втратили свою Y-хромосому – і все ще виживають.

У сліпа-полівки Східної Європи та колючих щурів у Японії є окремі види, у яких Y-хромосома та SRY повністю зникли. Х-хромосома залишається в одноразовій або подвійній дозі в обох статей.

Хоча поки що не зрозуміло, як сліпа-полівка визначає стать без гена SRY , групі під керівництвом біолога з Університету Хоккайдо Асато Куроїва пощастило більше з колючим щуром – групою з трьох видів на різних японських островах, які перебувають під загрозою зникнення.

Команда Куроїви виявила, що більшість генів Y колючих щурів були переміщені в інші хромосоми. Але вона не знайшла ні ознак 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 уточнили їх і перевірили на наявність послідовності на кожному окремому щурі.

Вони виявили крихітну різницю біля ключового статевого гена SOX9 у хромосомі 3 колючого щура. Невелике подвоєння (тільки 17 000 пар основ із понад 3 мільярдів) було присутнє у всіх чоловіків і жодної жінки.

Вони припускають, що цей маленький фрагмент дубльованої ДНК містить перемикач, який зазвичай вмикає SOX9 у відповідь на SRY. Коли вони ввели це дублювання в мишей, вони виявили, що воно підвищує активність SOX9, тому ця зміна може дозволити SOX9 працювати без SRY.

Що це означає для майбутнього чоловіків

Неминуче – з точки зору еволюції – зникнення Y-хромосоми людини викликало припущення про наше майбутнє.

Деякі ящірки та змії є лише жіночими видами і можуть виробляти яйця з власних генів за допомогою так званого партеногенезу . Але цього не може статися у людей чи інших ссавців, тому що ми маємо щонайменше 30 важливих «вдрукованих» генів, які працюють, лише якщо вони походять від батька через сперму.

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

Нове відкриття підтверджує альтернативну можливість – що люди можуть еволюціонувати новий ген, що визначає стать. Фу!

Однак еволюція нового гена, що визначає стать, пов’язана з ризиками. Що, якщо в різних частинах світу з’явиться більше ніж одна нова система?

«Війна» статевих генів може призвести до виділення нових видів, що саме сталося зі сліпами та колючими щурами.

Отже, якби хтось відвідав Землю через 11 мільйонів років, він міг би не знайти людей — або кілька різних людських видів, розділених різними системами визначення статі.