научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

ГЕНЫ-КОЧЕВНИКИ

Сергей Геодакян

Имя доктора биологических наук Вигена Артаваздовича Геодакяна широко известно в научном мире. Он автор более ста научных работ и трех оригинальных эволюционных теорий: пола, асимметрии и номадических генов. Беседы о первых двух теориях были опубликованы в номерах газеты "Мост" от 23 февраля и 30 марта с.г. Сегодня мы беседуем с его сыном Сергеем ГЕОДАКЯНОМ о теории генов.

- Сергей Вигенович, зачем надо было создавать теорию номадических генов, ведь программа "Геном человека" уже многое прояснила?

- Программа "Геном человека" дала понимание строения генома, но многие вопросы, касающиеся его функционирования, по-прежнему оставались неясными, к тому же один из трех основных выводов, что большинство мутаций возникает в Y-хромосоме,  давно известен. Спустя десятки лет после открытия прыгающих генов остается неизвестным, куда, зачем, когда и для чего гены прыгают. Неясны эволюция генома и загадки, связанные с половыми хромосомами, прежде всего с Y-хромосомой – самой быстро меняющейся и постоянно обновляющейся частью человеческого генома. Некоторые ученые считают, что Y-хромосома деградирует и теряет гены и что примерно через 25 миллионов лет она исчезнет. Другие полагают, что "мужской" участок (ген SRY) перейдет на соседнюю Х-хромосому или на другую аутосому и  Y-хромосома возродится. Вопрос в том, зачем нужны половые хромосомы, если для определения пола достаточно одного аутосомного гена-триггера?  Пол, как известно, существовал и до появления половых хромосом и многие современные раздельнополые виды их не имеют.

- Как вашему отцу удалось создать теории в различных областях биологии и в чем их суть?

Стадии эволюции- Важно, что изначально он подошел к проблеме пола с системных кибернетических позиций. В 1965 г. он сформулировал принцип сопряженных подсистем,  эволюционирующих асинхронно. При этом информация от среды попадает сначала в оперативную подсистему, подвергается проверке, и только потом попадает в консервативную подсистему. Тогда же в качестве примеров для популяции были названы женский и мужской пол, а для генома – аутосомы и половые хромосомы и теоретически предсказано, что "в хромосомном наборе половые хромосомы выполняют роль оперативной памяти, а аутосомы – постоянной, поэтому половые хромосомы (в первую очередь Y-хромосома) являются "воротами для изменчивости в наследственность". Позднее, в 1972 г., была высказана идея о консервативно-оперативной специализации подкорки и коры, а в 1980 г. – полушарий головного мозга.

Суть в том, что все дифференциации - делится ли популяция на женский - мужской пол, билатеральный организм – на левую и правую половины, мозг – на правое и левое полушария, геном – на аутосомы и половые хромосомы, или половые хромосомы – на Х и Y-хромосомы, основаны  на одном и том же принципе специализации: сохранения и изменения системы. В каждой из пар первая подсистема консервативная (главная), а вторая – оперативная, экспериментальная. Они эволюционируют асинхронно: вторые начинают и кончают эволюцию раньше, чем первые. Поэтому новые признаки появляются сначала у мужского пола, потом, через много поколений, передаются женскому; новые функции являются ведущими сначала на правой стороне тела, потом на левой; доминирующие центры управления ими возникают сначала в левом полушарии, потом переходят в правое. Точно так же новые гены появляются прежде в половых хромосомах: сначала в Y-хромосоме, потом, спустя поколения, передаются через Х-хромосому в аутосомы. Аутосомы являются консервативной памятью генома - аналог женского пола в популяции - и нацелены на его сохранение. Они хранят стабильные гены, общие для обоих полов. Эволюционно это самые старые хромосомы, содержащие фундаментальную видовую информацию. Передаваясь случайно, они перемешиваются в каждом поколении, обеспечивая максимальное разнообразие генотипов. Половые хромосомы значительно "моложе" аутосом. Они являются оперативной памятью или экспериментальной подсистемой генома и нацелены на его изменение - аналог мужского пола. Y-хромосома у человека на 20–80 тыс. лет моложе Х-хромосомы и передается только по мужской линии. Контра Х-хромосома (сX) гетерогаметного пола (ХY)  переходит от родителя к потомку противоположного пола. Считается, что Х-хромосомы гомогаметного пола (ХХ) распределяются также случайно, как и аутосомы.

- Что представляет собой структура генома?

Два пола- Разделение на два пола позволяет проверять эволюционные новации в мужском геноме, прежде чем передавать их в женский. Это возможно, когда эволюция мужского пола опережает эволюцию женского. Значит, существуют гены сугубо мужские – уже попавшие в мужской геном, но еще не попавшие в женский, и сугубо женские – уже утраченные мужским полом, но еще остающиеся у женского. Наличие сугубо мужских генов, зная о наличии Y-хромосомы, трудно отрицать. А сугубо женские гены отрицают по умолчанию, так как нет специальной хромосомы. Согласно теории, геном раздельнополой популяции состоит из трех частей: старые, новые и общие для обоих полов аутосомные гены. То естьу женского пола старые и общие гены, а у мужского – общие и новые. Такая трактовка предполагает движение генов по хромосомам и от мужского пола к женскому. Когда среда начинает меняться, новая информация должна попадать в первую очередь к мужскому полу. На уровне генов это выражается в том, что большинство мутаций должно возникать в Y-хромосоме.

И действительно, этот вывод был подтвержден многими исследователями, а также получен в ходе выполнения программы "Геном человека". Появился даже термин - движимая самцами (male-driven) эволюция. Большая частота мутаций у мужского пола делает его более разнообразным и более подверженным отбору. А выжившие мужские особи, получившие таким образом информацию от среды, передают новые полезные признаки женским. Поскольку для проверки гена в мужской подсистеме требуется много поколений, новый ген на это время должен оставаться в Y-хромосоме, которая передается только от отца к сыну. Самые новые гены опасны и для мужского пола, и поэтому  сначала они должны быть надежно закрыты. Эти гены находятся в палиндромах ("зеркальные" последовательности нуклеотидов), которых очень много в Y-хромосоме. Они не работают, так как их продукты – химические антагонисты – гасят друг друга. Так как новые гены не имеют аналогов на Х-хромосоме, то, впервые проявляясь у мужского пола, они подвергаются естественному отбору. За счет этого возникает и увеличивается генотипический половой диморфизм. Мужской пол по данному признаку все дальше уходит от женского.

Такое расхождение полов не может продолжаться бесконечно, иначе наступит репродуктивная изоляция. Должен начаться отток информации от мужского пола к женскому. Это может делать только контра-Х-хромосома, которая передается от отца к дочери. Обмен генами возможен между парными хромосомами, но между X- и Y-хромосомами он ограничен. 95% Y-хромосом у человека неспособны к рекомбинации. По мнению Вигена Геодакяна, это позволяет новым генам оставаться на период проверки в Y-хромосоме и только потом переходить на Х-хромосому. Он также предсказал, что, во-первых, места появления генов и места обмена - "вход" и "выход" Y-хромосомы - должны быть удалены друг от друга. Во-вторых, гены должны двигаться по длине Y-хромосомы от "входа" к "выходу", из неконъюгирующего участка в конъюгирующий. В третьих, вероятность перехода гена с Y- на Х-хромосому должна быть больше, чем с Х-хромосомы - обратно на Y-хромосому (неравный кроссинговер).

- То есть контра-Х-хромосома - это "транспортная" хромосома?

- В отцовской Х-хромосоме "вход" и "выход", видимо, так же удалены друг от друга, поэтому, передвигаясь вдоль контра Х-хромосомы, "молодой" ген проходит в мужском геноме вторые испытания. Поскольку рецессивные Х-гены проявляются только у мужского пола, то и отбору подвергается только он. У женского пола эти гены прикрыты доминантными генами другой Х-хромосомы. То есть новые гены по месту нахождения можно разделить на два типа: в Y-хромосоме – самые новые, а в отцовской X-хромосоме – уже прошедшие первичный отбор. Контра-Х-хромосома является переносчиком генов, связующим звеном между Y-хромосомой и женским геномом ("транспортная" хромосома). Как в мужском, так и в женском геноме продолжается движение генов по Х-хромосомам и обмен генами между ними, то есть эволюционируют оба пола. Когда проверка закончена, новые гены переходят в аутосомы, где проводят основную часть времени (95%).

- А где хранятся старые гены?

Гены- Старые гены у женского пола хранятся в двух "папках". В одной должны находиться гены, полученные от одноклеточных до появления "Адама". В другой – архивные гены, уже утраченные мужским полом, которые кодируют атавистические признаки. Их природа еще некоторое время не выбрасывает, чтобы можно было к ним вернуться, если возникнет необходимость, не повторяя вновь проверку у мужского пола. Контра Х-хромосома подвергается интенсивному отбору у мужского пола, поэтому возможно, что она также является местом хранения и элиминации отработавших генов, поступающих из аутосом. То есть определенный ее участок несет атавистическую информацию. Однако когда становится окончательно ясно, что эти гены уже утратили свою роль, их отправляют "на свалку". Она, как это ни парадоксально, может находиться в Y-хромосоме. Из-за интенсивного отбора, который происходит среди мужских особей, ненужный ген уйдет в небытие. То есть Y-хромосома – это не только "роддом" генов, но и "крематорий".

- Значит ли это, что от матери мы получаем старые гены, а от отца - новые?

- В ряде случаев потомство может быть больше похоже на отца или мать. Это так называемые родительские эффекты. Они являются хорошей моделью для проверки основного положения теории, что от матерей мы получаем старые гены, а от отцов – "последние новости" эволюции. Например, в случае скрещивания лошади с ослом как мул, так и лошак похожи на своих отцов. Селекцию культурных растений и животных можно рассматривать как навязанную им человеком искусственную эволюцию. По многим селекционным признакам - инстинкту насиживания, скороспелости, яйценоскости и живому весу у кур, по динамике роста, числу позвонков и длине тонкого кишечника у свиней, по удою молока и продукции молочного жира у крупного рогатого скота - у таких видов был установлен отцовский эффект. Мужчины впереди женщин по потреблению алкоголя, поэтому значительный отцовский эффект отмечен по алкоголизму. Алкоголиков в потомстве отца-алкоголика на порядок больше, чем у матери, и у брата больше чем у сестры.

- Есть ли еще какие-нибудь подтверждения теории генов?

- Иногда при оплодотворении дефектной яйцеклетки, не имеющей хромосом или в случае ее оплодотворения двумя сперматозоидами, возникает аномалия, для которой характерно разрастание плаценты и отсутствие плода (пузырный занос). В экспериментах на мышах создание яйцеклетки с двумя мужскими или двумя женскими ядрами (вместо мужского и женского) приводит в первом случае к развитию огромной плаценты и маленького зародыша, а во втором случае эмбрион сначала развивался нормально, но плацента не образовывалась. Сходное явление было открыто и у цветковых растений. Второе отдельное оплодотворение приводит к образованию эндосперма, который питает семя подобно плаценте млекопитающих. При этом, если возникает избыток отцовских генов, это, как правило, коррелирует с избыточным ростом эндосперма, тогда как избыток материнских генов приводит к угнетению развития эндосперма. Эволюционная теория пола объясняет это явление тем, что эмбрион – это эволюционно старая система, а оболочки и плацента – новые: они появились у высших млекопитающих. Старую информацию эмбрион получает от матери, а новую (о развитии плаценты) – от отца. По образному выражению  Геодакяна, гены матери и отца в эмбриогенезе играют свои партии в 3-х актах, во время которых происходит плавный переход от генов матери к генам отца: 1. Соло генов матери (3%), 2. Дуэт генов матери и отца (95%) 3. Соло генов отца (2%).

Эволюционные теории пола и половых хромосом позволяют по- новому взглянуть на многие явления. Так, по новым представлениям, половые хромосомы скорее "антиполовые", так как они вдвое ухудшают разнообразие генотипов, возможное в результате полового процесса (запрет комбинаций м-м, ж-ж). Поэтому логичнее было бы назвать их "эволюционными хромосомами". Появляется возможность объяснить различия межвидовых, межрасовых или межнациональных гибридов, связанные с направлением скрещивания, скажем, почему у болгарок "литовская" дерматоглифика, а у болгар -"турецкая". Почему у туркмен обнаружен один морфологический тип женщин и два типа у мужчин, у башкир – один тип женщин и четыре типа мужчин, а в японской популяции всего один тип. Наличие старых и новых генов может объяснить, почему некоторые болезни поражают чаще мужчин, а другие - женщин. Новые болезни мужского пола можно рассматривать как неудачные эволюционные пробы. А болезни, которые поражают женщин, - скорее остановки развития на ранних стадиях. Анализ врожденных пороков сердца у детей подтверждает такую картину.

 

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 426 раз
Оцените материал
(1 Голосовать)
Другие материалы в этой категории: « РЕШЕТО ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ С "ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ МАССОЙ" »

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх