Двойная птица объединила петуха и курицу в одном теле

Клетки организма млекопитающих, обладая женским либо мужским набором хромосом, в остальном неразличимы по полу до определённой стадии развития. Учёные считали, что подобная схема верна для всех позвоночных. Но одно из последних исследований куриц показало – их клетки знают свой пол с самого появления на свет, то есть обладают неизвестной ранее системой определения пола.

Чтобы понять, о чём идёт речь, необходимо вспомнить школьный курс биологии. У млекопитающих по мере развития эмбриона соматические клетки превращаются в клетки мышц, костей и внутренних органов. Однако примерно до седьмой недели жизни они "не знают", к какому полу принадлежат, и это несмотря на определённый хромосомный набор.

Определение принадлежности к мужчинам/женщинам начинается с развитием половых желёз (яичников или яичек) и выделения ими соответствующих гормонов. Собственно в переходный период на мужской Y-хромосоме срабатывает ген SRY, который запускает развитие яичек. Дальше за дело берутся гормоны, которые и заставляют клетки организма развивать те или иные половые признаки. За последние 50 лет биологи не раз убеждались, что у всех позвоночных есть этот переломный момент самоопределения.

Не только окраска, но и грудные мышцы, длина серёжки, а также наличие шпоры на лапе свидетельствуют о том, что одна половина туловища всё-таки мужская (фото Nature).

Майкла Клинтона (Michael Clinton) и его коллег из университета Эдинбурга озадачило лишь то, что в хромосомах птиц им никак не удавалось найти тот самый определяющий пол ген.

Ситуацию переменил звонок приятеля Клинтона, который заметил над одной из птичьих ферм странно окрашенных птиц: одна их сторона была коричневой (что свойственно для куриц), а другая белой (как у петухов), грудка странно искривлена. Майкл согласился посмотреть.

Оказалось, что три обнаруженные птицы были гинандроморфами: их пол был фактически средним – с одной стороны туловища больше мужским, с другой – больше женским.

Отметим, что в отличие от людей, у которых XX-набор хромосом делает организм женским, а XY мужским, у птиц половую принадлежность определяют Z- и W-хромосомы (ZW и ZZ наборы соответственно).

Слева показаны результаты анализа половых хромосом кровяных клеток. Справа – среднее соотношение клеток с наборами ZZ и ZW в разных органах разных половин туловища необычных птиц (BM – грудные мышцы, Sk – кожа, Wa – серёжка) (иллюстрация Nature).

Клинтон и его коллеги взяли пробы крови и кожи с обеих сторон тела всех трёх куриц. Учёные ожидали, что с какой-то из сторон будет отсутствовать та или иная половая хромосома, что помогло бы им сузить область поиска нужного гена.

Но не тут-то было: клетки обеих сторон содержали как мужской, так и женский наборы хромосом, только на одной части тела верховодили ZZ-наборы, а на другой ZW. Именно такое положение дел и определяло похожесть одной стороны на курицу, а другой – на петуха.

Получается, что клетки птиц "знают" свой пол и сами определяют его. До определённой степени им даже всё равно, какие гормоны вырабатывают половые железы организма (гонады), они не принимают их "команды", а ведут себя согласно своему внутреннему распорядку.

Британские биологи выяснили, что происходит в нормальных эмбрионах куриц. Оказалось, что уже через 18 часов после оплодотворения, задолго до начала формирования гонад, эмбрионы проявляли свою половую принадлежность (биологи определили это по выработке определённых РНК-молекул).

Схемы детерминации пола у млекопитающих и птиц (иллюстрация Nature).

Чтобы проверить, как они поведут себя в организме "чужого" рода, клетки из эмбрионов, ещё не сформировавших половые железы, поместили в другие развивающиеся эмбрионы, пишут учёные в статье в журнале Nature. Таким образом были получены искусственные гинандроморфы. Спустя неделю выяснилось, что клетки сохранили свою половую принадлежность, функции и не обращали никакого внимания на своё окружение.

Не хотят клетки ждать формирования гонад, спешат определиться с полом самостоятельно, а возможно, и сами запускают развитие мужского или женского организма. В пресс-релизе института Рослина биологи даже приводят отдельное название для этого явления: автономная половая идентификация клетки (cell autonomous sex identity – CASI).

Гинандроморфизм (Gynandromorph) нельзя путать с гермафродитизмом (Hermaphrodite). Первый является частным патологическим вариантом последнего. Здесь изображены различные примеры гинандроморфизма у бабочек, птиц, крабов и пчёл (фото с сайта daltonstate.edu, dwmaiden/flickr.com, Virginia Institute of Marine Science, MNH/University of Colorado).

В прошлом году другая группа учёных выяснила, что определённое влияние на детерминацию пола оказывает активность гена DMRT-1, расположенного на Z-хромосоме (может, именно его приводят в действие или, наоборот, подавляют клетки).

Если ранее догадки учёных о том, что модель полового определения млекопитающих необязательно распространяется на всех остальных позвоночных, оставались лишь предположениями, то "нынешнее исследование впервые чётко показывает, что это верно, по крайней мере для птиц", — говорит Крейг Смит (Craig Smith) из Детского исследовательского института Мёрдока (Murdoch Children's Research Institute), группа которого и исследовала DMRT-1.

Подтвердится ли, что и другие виды птиц (а также остальные ветви древа животного мира) могут обладать отличными механизмами детерминации пола? Вполне возможно. Особенно если учесть, что гинандроморфизм встречался и у насекомых (бабочек, пчёл, плодовых мушек), членистоногих и даже некоторых сумчатых.