Механизм определения пола

Плодотворная разработка проблемы определения пола началась лишь в начале двадцатого столетия, вместе с успешным развитием генетики - науки о наследственности. С тех пор, когда в рамках этой науки произошли существенные открытия, вопрос определения пола выяснен учеными весьма подробно. Изучая основы общей биологии в 9, 11 классах, мы теперь знаем, что пол будущего ребенка определяется в момент оплодотворения, т.е. слияния половых клеток. Слияние яйцеклетки со сперматозоидом, несущем Х-хромосому, приводит к появлению на свет девочки. Если же произойдет оплодотворение яйцеклетки со сперматозоидом с Y-хромосомой - родится мальчик.

Известно, что половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды) теснейшим образом связаны друг с другом общностью происхождения. И яйцеклетки , и сперматозоиды вырабатываются в половых железах (у самок - в яичниках , у самцов - в семенниках). Сперматозоиды очень малы , подвижны и имеют форму , напоминающую головастика с длинным хвостом. Каждый сперматозоид человека несет в себе, помимо 22 аутосом , либо Х, либо Y хромосому.

Яйцеклетки же представляют собой крупные клетки (особенно у птиц) , не обладающие способностью к самостоятельным передвижениям , содержат помимо 22 аутосом ,только Х хромосому.

И те и другие проходят несколько стадий развития на разных участках половых желез. В зоне размножения находятся размножающиеся путем митоза первичные половые клетки, которые затем попадают в зону роста, где достигают определенных размеров. В зоне созревания в процессе мейоза образуются половые клетки . Следует заметить , что развитие яйцеклеток и сперматозоидов происходит не совсем одинаково. Из одной первичной половой клетки образуются четыре одинаковых гаплоидных сперматозоида, а из первичной женской половой клетки формируются три направительных тельца ( которые вскоре погибают) и одна гаплоидная яйцеклетка.

История знает множество теорий наследственности. Генетики прекрасно понимали, насколько их идеи повышались в цене, если касались вопроса, волновавшего почти всех без исключения родителей во все времена: почему в одних случаях рождаются мальчики, а в других — девочки?! Практически всякая теория наследственности старалась сделать эту проблему ведущей.

Представьте себе, ещё Аристотель и Эмпедокл пытались ответить на этот вопрос: мальчик или девочка? Эмпедокл полагал, что пол ребёнка зависит в основном от температуры матки, в которой зарождается новая жизнь. Однако элементарная логика заставляла говорить о несостоятельности такой гипотезы, хотя бы потому, что появляющиеся на свет близнецы бывают и разнополыми.

Аристотель, придерживавшийся сначала взглядов Эмпедокла, переметнулся к Демокриту. Тот видел определяющую роль в образовании пола не во внешней среде, а в неких генеративных частицах (материальных носителях наследственности). Это был принципиально иной подход к решению рассматриваемой проблемы, он кардинально отличался от господствовавших тогда «ламарксистских» воззрений. Однако Демокрит, словно испугавшись собственной храбрости, тут же оговорился: сами по себе генеративные частицы не могут предопределять пол потомка; его судьба, в конечном счёте, решается в борьбе отцовских и материнских частиц в момент оплодотворения. Известно (это признавал даже сам Наполеон), что исход всякой борьбы во многом зависит от Его Величества Случая. Значит, пол невозможно предопределить и генеративными частицами, а это равносильно отрицанию всякого предопределения пола вообще.

Тогда Аристотель, несмотря на свой «ламаркизм», следуя логике, отошёл от позиций Демокрита и отдал предпочтение Анаксагору, который считал, что пол ребёнка обуславливается наследственными задатками, заложенными в оплодотворяющем семени. Основываясь на позициях Анаксагора, Аристотель несколько скорректировал свои взгляды и заявил: пол потомства предопределяется уже в момент возникновения зародыша. Это, правда, были опять лишь логические выводы без доказательств.

Должно было пройти ещё более двух тысячелетий, прежде чем подтвердилась правота Анаксагора и Аристотеля.

8 февраля 1856 года на заседании Общества естествоиспытателей в Брюнне выступал наставник Брюннского монастыря Грегор Мендель. Он сообщил о потрясающих результатах своих опытов над растительными гибридами. Труд учёного, к сожалению, не был оценен. Только через 35 лет, в 1900 году, пришло признание. Менделя, правда, уже не было в живых.

Однако цепочка открытий в генетике постепенно выстраивалась. В том же 1865 году начали разрабатываться методы окрашивания и микроскопирования клеток. В 1870 — 1880 годах были открыты митоз и мейоз. В 1900-м вторично открытыми оказались законы Менделя.

Современные точки зрения на вопрос об искусственном регулировании соотношения полов

Никто и не предполагал, что между процессами, происходящими в мейозе, и передачей наследственных признаков (свойств) существует вполне определённая связь. Её впервые установил У. Сеттон. Выводы Сеттона сводились к следующему: биологический «мостик», соединяющий поколения, — это две маленькие клетки: яйцеклетка и сперматозоид. Если гены переходят от одного поколения к другому, они, вероятно, должны локализовываться где-то в этих половых клетках. Сперматозоид и яйцеклетка различны по размеру, но это не мешает им вносить одинаковый генетический вклад в создание нового организма. Рассуждая об одинаковом генетическом вкладе половых клеток, У. Сеттон сделал предположение: гены, контролирующие развитие одних и тех же признаков, должны находиться в каких-то сходных местах — будь то сперматозоид или яйцеклетка - в ядрах гамет. Заметив параллелизм в распределении хромосом при гаметогенезе и наследовании генов (следовательно, и признаков) в чередующихся поколениях, Сеттон выдвинул новую любопытную гипотезу. Гены представляют собой определённые физические единицы, локализованные в хромосомах. Каждый из аллелей данного гена может быть расположен в одной из гомологичных хромосом, составляющих пару определённого номера. Только при таком условии будет сохраняться параллелизм в поведении хромосом и генов. Сеттон впервые объяснил цитологический механизм расщепления.

Практическое применение современных достижений генетики – феномен реверсии пола описан Катанахом, Полардом и Хавкосом (1971 г )- позволяет вносить существенные изменения в процесс разведения животных. Контроль пола у сельскохозяйственных животных — цель, к которой стремятся уже много лет. Понимание процесса — это первый шаг.

Вообразим себе, что у нас есть клонированный ген «самцовости»; мы могли бы внедрить его в геном крупного рогатого скота или овец. Возможно, мы смогли бы получать самок в потомстве, независимо от состава половых хромосом эмбриона.

настоящее время подобные идеи — фантастика. Но это вовсе не означает, что завтра они не станут реальностью. Пока учёные смогли решить более простую задачу. Впервые в мире в английском Кембридже были произведены на свет телята, пол которых был предопределён: три бычка и три тёлочки голыптейн — французской породы. Все они появились от фракций спермы, отобранных для воспроизводства либо только бычков, либо только тёлок. Оплодотворение яйцеклетки коровы совершалось in vitro (в пробирке). Эмбрионы пересаживались коровам - рецепиенткам.

В основу разделения спермы на фракции, содержащие сперматозоиды с Х- или Y-хромосомами, была положена методика Лоренса Джонсона, специалиста из Министерства сельского хозяйства США. Именно это Министерство запатентовало методику и выдало лицензию компании «Энимал бай-технолоджи Кембридж». В дальнейшем её несколько усовершенствовали в лаборатории в Бетевилле (штат Мэриленд), где Д. Джонсон вместе с коллегами успешно применил её для получения потомства определённого пола у свиней, овец, кроликов.

Джонсон сообщил, что от 75 до 90 процентов этого потомства родилось с заранее определённым полом. Кроме того, «сперма, несущая Х-хромосому, содержит на 4% ДНК больше, чем сперма с Y-хромосомой, поэтому она и по размеру больше, чем мужская».

Клетки спермы сначала проходят через флуоресцентный краситель, затем поступают в клеточный разделитель, уже разделённые обрабатываются лучом лазера.

Сперма с Х-хромосомой испускает флуоресцентных лучей значительно больше, чем сперма с Y-xpoмосомой, так как в первом случае имеется повышенное количество ДНК. В результате, по яркости свечения спермы можно сортировать сперматозоиды с Х- и Y-хромосомами, а впоследствии помещать разные фракции спермы в две различные колбы.

«Сортировка семени, — считает Джонсон, — представляет собой довольно медленный процесс. Но эту методику можно успешно применять в животноводстве, совмещая указанное разделение спермы на фракции с последующим оплодотворением in vitro».

Созданная технология крайне необходима как для мясного, так и для молочного животноводства. Согласитесь, бычки не очень-то нужны в молочном стаде, зато быстрее вырастают и дают значительно больше мяса, нежели мясные коровы.

Ученые давно пытались вмешаться в процесс деления зародышевой клетки, чтобы при образовании половых клеток в них попадали те половые хромосомы, которые давали бы желаемый пол.

Программирование пола вызвано не столько желанием родителей иметь девочку или мальчика, сколько стремлением избежать возникновения детей с некоторыми наследственными заболеваниями, которые передаются детям определённого пола.

Водится же в море червь, который под влиянием внешней среды может превращаться как в мужчину, так и в женщину. Более того, он осуществляет такое превращение по нескольку раз подряд. Свободно плавающая личинка этого червя обычно развивается в самку. Если же личинка случайно прилепится к взрослой самке, то она быстро переделывается в самца. При их разлучении самец перестаёт быть таковым. Объясняется это тем, что самка, к, которой прилепляется личинка, способна выделять особые химические вещества, которые делают из её спутницы «мужчину».

Пчёлы регулируют соотношение самок и самцов в улье, используя исключительно хромосомный механизм полообразования. У каждой пчелы в наборе хромосом есть 32 аутосомы и никаких «иксов» и «игреков». При образовании яйцеклеток соматические клетки претерпевают редукцию. Во многих половых клетках остаётся, следовательно, по 16 хромосом. Если 16-хромосомную клетку не оплодотворить, а просто «выкормить», из неё разовьётся самец. Если же самец оплодотворит эту клетку 16-хромосомным сперматозоидом, получится самка.

Причём природа «научила» матку контролировать акт оплодотворения. Сперма самца, попав в семяприёмник, не идёт тут же на оплодотворение, а расходуется маткой при откладке яиц по «желанию». Когда матка кладёт яйца в маточник или в рабочую ячейку, она «позволяет» сперме проникнуть в откладываемые яйца. Когда же матка откладывает яйцо в трубневую ячейку, т. е. для выведения самца, она воздерживается от оплодотворения.

«Выкормить» по-пчелиному неоплодотворённую яйцеклетку человек не может, хотя теоретически осуществить это возможно. Нужно только найти способ удвоения 23-хромосомного редуцированного комплекса женского яйца. Если это сделать удаётся, женщина без оплодотворения обязательно ждёт девочку.

Итак, теоретически, из-за того, что пол потомства у людей определяется комбинацией половых хромосом, комбинации эти зависят от отцов, которые производят равное число Х- и Y-сперматозоидов , число мужчин и женщин на Земле должно быть примерно одинаковым. Но мужчин всегда меньше, чем женщин ,хотя мальчиков рождается на шесть процентов больше, чем девочек. Несмотря на это, к завершению детства соотношение полов определяется как 1ОО:1ОЗ ; в молодости девушек и юношей поровну ; к 50-ти годам на 100 женщин приходится только 50 мужчин , а к 85 годам на двух женщин только один представитель сильного пола.

Существует и такая статистика : у матерей в возрасте 18-22 лет на 100 девочек рождается 120 мальчиков , а у женщин 38-43 лет на 100 девочек всего 90 мальчиков . В чем же дело ? Оказывается ,что в молодом здоровом организме у мальчиков больше шансов остаться в живых ,к тому же , сперматозоид несущий Y- xpoмосому , очень активен (он первым добирается до яйцеклетки , и поэтому рождается больше мальчиков), а сперматозоид с Х-хромосомой движется медленнее , но зато более живуч , поэтому, если половой акт приходится на день овуляции ,то скорее всего оплодотворение совершит более подвижный сперматозоида, если же до выхода яйцеклетки еще надо "дожить",то это будет под силу более устойчивому сперматозоиду с Х - хромосомой , и родится девочка.

Объясняется это тем, что в молодом, здоровом женском организме у мальчиков больше шансов не погибнуть. Здоровье у женщин из богатых семей лучше, поэтому у них чаще рождаются сыновья.

Марианна Бернштейн, занимавшаяся этим вопросом в Америке в 1948 году, обследовала богатые семьи в Америке и Германии. Факты говорили о том, что у богачей на 100 девочек рождается 120 — 125 мальчиков. Затем сравнили негритянские и белые семьи. Оказалось, что у негров мальчиков рождается меньше, поскольку гораздо ниже уровень жизни. В Китае до 1946 года на свет появилось больше девочек. В Индии, где уровень жизни невысок, сегодня на 100 девочек рождается 98,7 мальчиков.