Генетика пола. 
Человек, как генетический объект

Как известно, особенности, характеризующие потомков, передаются им от родителей через половые клетки (мужская — сперматозоид и женская — яйцеклетка). Слияние этих двух клеток при оплодотворении приводит к образованию одной клетки — зиготы, из которой и развивается человеческий зародыш. Очевидно, что именно в этих двух половых клетках и в образовавшейся при их слиянии зиготе хранится наследственная (генетическая) информация о том, с какими физическими данными, физиологическими (функциональными) и психическими предпосылками (задатками) появится новый человек. Каким же образом такая масса сложнейшей информации записана в половых клетках — сперматозоиде и яйцеклетке?

Вы уже знаете, что материальной основой наследственности служат нуклеиновые кислоты, а именно ДНК.

Установление такого факта, что источником и передатчиком генетической информации в клетке служит ДНК, повлекло за собой множество новых проблем, и в частности следующую: каким образом генетическая информация передается от родителей потомству? Как известно, новые клетки появляются в результате деления исходных материнских клеток. Деление клетки может быть простым — путем перетяжки содержимого клетки пополам. Такое деление называют митозом. Для большинства клеток характерно физиологически полноценное клеточное деление. Такое деление состоит из ряда фаз, во время которых ядро клетки претерпевает закономерные изменения, в результате чего образуются два ядра, совершенно идентичные исходному. Цитоплазма при этом делится на две половины. Такое сложное деление клеток получило название митоза. Путем митоза делятся клетки тела (соматические). На основе митоза происходит бесполое размножение.

Однако в организмах растений и животных (и человека), помимо соматических клеток, имеются и половые: женские — яйцеклетки и мужские — сперматозоиды. Эти половые клетки участвуют в половом размножении организмов. Образование половых клеток происходит также в результате митозов, из которых два последних деления составляют особую категорию митозов, получивших название мейотических делений. Процессы преобразования ядер, которые вызываются этими делениями, получили название мейоза.

Во время и митоза, и мейоза ядро теряет округлые очертания и в нем отчетливо вырисовываются структурные компоненты, называемые хромосомами. Оказалось, что в состав хромосом входят ДНК и белки-гистоны, т. е. хромосомы по своей биохимической природе представляют нуклеопротеиды. Хромосомы имеют самые различные формы: палочек, коротких стерженьков, капель и т. д.

При изучении мейоза и митоза оказалось, что процесс деления клеток направлен на строго равномерное, упорядоченное распределение хромосом по образующимся дочерним клеткам.

Во всех клетках организма человека содержится одинаковое, постоянное количество хромосом — 23 пары (всего 46). Исключение из этого правила составляют половые клетки, в которых находится половинное число хромосом — 23. Такое половинное число хромосом называется гаплоидным (греч. «гаплос» — единственный), а двойной набор — диплоидным (греч. «ди» — два). Диплоидный набор хромосом обозначается 2n, гаплоидный — n. Следовательно, у человека 2n = 46, n = 23. В хромосомном комплексе мужчины и женщины хорошо наблюдается парность хромосом в диплоидном наборе. В гаплоидном наборе половых клеток представлено по одной хромосоме из каждой пары.

Наличие диплоидного набора хромосом в соматических клетках и гаплоидного набора в половых клетках имеет важное значение для организма. Иначе невозможно было бы сохранить постоянство числа хромосом для организмов данного вида. И действительно, развитие организма начинается с одной зиготы — оплодотворенной сперматозоидом яйцеклетки. Зная гаплоидность половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов), можем записать образование зигот следующим образом:

яйцеклетка n = 23, сперматозоид n = 23, следовательно, зигота 2n = 46.

Если рассматривать внимательно хромосомные наборы мужчины, женщины, можно заметить, что у женщин каждая хромосома имеет себе пару, а у мужчин две последние хромосомы непарны. Одна из этих хромосом в два раза меньше второй и встречается только у мужчин, ее обозначают Y-хромосома. Вторая хромосома крупнее и идентична последней паре женских хромосом. Эту хромосому мужчин и последнюю, 23-ю пару хромосом женщин обозначают символом X. Следовательно, мужчины и женщины различаются между собой по последней, 23-ей паре хромосом; у мужчин — XY, у женщин — XX. Эти хромосомы называют половыми. Остальные 22 пары, одинаковые и у мужчин, и у женщин, называют аутосомами.

В конце 40-х годов ученый М. Барр обнаружил различия в строении интерфазных ядер соматических клеток у самок и самцов кошек: в ядрах клеток самок была обнаружена своеобразная хроматиновая глыбка, названная половым хроматином, или тельцем Барра; в ядрах самцов такие глыбки не были найдены. Такая закономерность оказалась характерной для млекопитающих, и том числе для человека.

Наличие полового хроматина довольно легко определяется методом исследования эпителиальных клеток и соскобе слизистой щеки. С этой целью тупой стороной лезвия скальпеля делается соскоб с внутренней стороны щеки (в ротовой полости), что совершенно безвредно и безболезненно. Эпителиальные клетки, содержащиеся в соскобе, подвергаются окраске и рассматриваются под микроскопом.

Следовательно, отличить клетки мужчин от клеток женщин можно как непосредственно — путем анализа хромосомного набора соматических клеток, так и косвенно — по наличию полового хроматина.

Указанные выше методы исследования лишь констатируют различия в клетках нормальных мужчин и женщин. Необходимо выяснить, каков механизм появления этих различий, что связано с механизмом определения пола у людей.

Ответить на этот вопрос поможет анализ исследований различных аномалий пола.

Дело в том, что, помимо особей нормального мужского и женского пола с половыми хромосомами XY и XX, встречаются люди, имеющие аномалии половых хромосом — уменьшение или увеличение их количества. Такие аномалии половых хромосом вызывают в организме определенные отклонения от нормы. Существует болезнь, известная как синдром Тернера, названная по имени врача, впервые описавшего данную болезнь. Энциклопедия генетических болезней: http://health.enotes.com При синдроме Тернера у больных имеется лишь одна из половых хромосом (22А + ХО), т. е. всего 45 хромосом. Данный синдром встречается примерно у одной из 5000 новорожденных девочек. Характерными признаками этих больных служит низкий рост (120—130 см), недоразвитость вторичных половых признаков, бесплодие. Наружные половые органы сформированы по женскому типу. Однако в соматических клетках половой хроматин (тельце Барра) не наблюдается.

Более часто встречается другая болезнь — синдром Клейнфельтера, — характеризующаяся наличием трех половых хромосом в составе двух Х-хромосом и одной Y-хромосомы (22A+XXY). Наружные половые органы при этой болезни мужского типа, но в соматических клетках таких больных обнаруживается половой хроматин, как у женщин. У больных синдромом Клейнфельтера наблюдается также недоразвитость семенников и бесплодие. Причины рассмотренных аномалий заключаются в нерасхождении хромосом при делении клеток и как следствие в образовании гамет (яйцеклетки и сперматозоида) с уклоняющимися числами хромосом.

Помимо синдромов Тернера и Клейнфельтера, встречаются и другие аномалии половых хромосом: трисомия — XXX (фенотип — женский); тетрасомия — XXXXY (фенотип — мужской) и т. д. Подобные аномалии пола часто ведут к тому, что люди, имеющие такие нарушения в числе хромосом, характеризуются умственной отсталостью. И это вполне понятно, так многие изменения в генетическом материале сказываются на тонко сбалансированных, сложнейших механизмах мозга.

Анализ приведенных аномалий пола указывает, что присутствие Y-хромосомы независимо от числа Х-хромосом всегда определяет мужские особенности. Особи, обладающие только Х-хромосомами, проявляют женские признаки.

Наличие половых хромосом XX и XY не только объясняет наличие мужского и женского полов, но и обусловливает рождение равного числа детей обоего пола. Действительно, у мужчин, имеющих 22 пары аутосом и половые хромосомы XY, образуются гаметы двух типом: 22А+Х и 22А + Y. У женщин, имеющих 22 пары аутосом и половые хромосомы XX, образуются гаметы лишь одного типа: 22A+Х.

Сочетание мужских и женских гамет и определяет соотношение пола в потомстве по формуле 1: 1,.

50% 44А + ХХ — женщины, 50% 44А+XY — мужчины.

Однако вопреки теоретически ожидаемому равенству среди рождающихся мальчиков и девочек не наблюдается строгого соотношения 1:1. Обычно мальчиков рождается несколько больше, чем девочек. Например, на 100 девочек среди белого населения США рождается 106 мальчиков, в Греции — 113,2, в Южной Корее — 113,1 и т. д. Дубинин Н. Генетика и человек. Хромосомы и пол человека. М., 1978. С. 47.

В соотношении полов в момент зарождения зародыша, т. е. оплодотворения и образования зиготы, ко времени рождения ребенка и в разные этапы развития до старости наблюдается интересная закономерность. Эта закономерность состоит в следующем.

Известно, что за время после зачатия и до рождения ребенка погибает много зародышей (естественные и искусственные аборты, мертворожденные).

Исследования абортированных зародышей показали, что среди них отмечается большее число зародышей мужского пола, чем женского. Так, среди выкидышей и мертворожденных на втором месяце беременности на 100 девочек приходилось 431 мальчик, на четвертом месяце — 201 мальчик, на седьмом месяце — 112 мальчиков. В конце беременности и в момент рождения приходилось 133 мальчика.

Эти данные доказывают, что на ранних стадиях эмбриогенеза (зародышевого развития) смертность мальчиков превышает смертность девочек. Полынин В. Мама, папа и я. М., 1975. С. 25.

Аналогичная закономерность в смертности мужчин и женщин наблюдается во всех возрастных группах: мужчин умирает больше, чем женщин. Эти данные заставляют признать, что первичное отношение полов на уровне зигот заметно сдвинуто в пользу образования зигот с XY-хромосомами, т. е. зигот, из которых будут развиваться мальчики. Этот сдвиг обеспечивает убыль мальчиков в течение эмбриогенеза и некоторое их превышение среди детей в момент рождения. Дальнейшее прибывание числа мальчиков приводит к равному числу женщин и мужчин ко времени 20-летнего возраста, т. е. ко времени размножения. После этого число женщин начинает превышать число мужчин, что резко проявляется к 90-летнему возрасту, когда число женщин в два раза больше сравнительно с числом мужчин.

Все это показывает наличие весьма тонко сбалансированного механизма между процессами оплодотворения, образования зигот с XY-хромосомами и жизнеспособностью мальчиков. Дубинин Н. Генетика и человек. Хромосомы и пол человека. М., 1978. С. 49.

Пониженная жизнеспособность мужчин, по-видимому, вызвана тем, что они обладают одной Х-хромосомой. Это служит причиной того, что в таких условиях проявляются многие отрицательные рецессивные мутации. Показано, что почти все инфекционные заболевания вызывают более высокую смертность мужчин. Кроме того, при рождении мальчики имеют большие размеры тела, чем девочки, в связи с чем сам момент рождения для них более опасен, что и обусловливает большее количество мальчиков среди мертворожденных.