Джон Лонг - Утки тоже делают «это». Путешествие во времени к истокам сексуальности
В 2007 году группа Дана опубликовала в Nature статью, в которой говорилось, что после трансплантации ткани мыши с геном «shh» в плавник детеныша ската было обнаружено, что ген сыграл в его организме такую же роль, как и у мыши: у ската-мутанта выросли новые плавниковые хрящи разной формы, и его грудной плавник стал по своему строению напоминать руку.
Диаграмма показывает основные этапы развития мужской половой системы позвоночных, от двойных костных кластеров (у панцирных рыб) до одиночного пениса млекопитающих, некоторых птиц и рептилий. На протяжении эволюции пенис неоднократно утрачивался и затем вновь появлялся у различных видов, в соответствии с потребностями. Те же хокс-гены, что отвечают за построение кластеров у акул и древних панцирных рыб, видимо, отвечают и за создание наших половых органов. (Джон Лонг)
Из этих и других экспериментов в области эволюционной биологии мы знаем, что все конечности, вернее, все придатки, будь то конечности или плавники, нуждаются для развития в гене «shh». Этот ген найден у всех существующих сегодня челюстных рыб, акул и скатов, а значит, он восходит своими корнями к самому началу нашего развития, к той эпохе, когда конечности только начали появляться, когда их план уже существовал в глубине ДНК, но действовал еще слабо.
Совместное изучение эволюционной биологии и ископаемых свидетельств перевернуло наше понимание превращения рыб в первых наземных животных. Открытие хокс-генов смогло лучше объяснить почти симметричное строение пальцев рук и ног ранних тетраподов (в противоположность поздним тетраподам, у которых все пять пальцев были разного размера). Таким образом, время активации определенных генов можно привязать к найденным останкам.
Эволюционная биология – это область развития знаний, показывающая, как сведения о чем-нибудь столь отдаленном, как рыбы девона, могут помочь исследованиям в области восстановительной медицины, которые однажды принесут пользу человечеству. Доктор Катрин Буаверт, изучавшая плавники девонских рыб Panderichtys для своей докторской работы в Университете Уппсалы, сегодня – ведущий специалист по развитию зародышей и активации генов у акул в новом Институте австралийской восстановительной медицины при Университете Монаша. Проведенные ею исследования, показывающие время появления и активации хокс-генов у рыб, могут в будущем помочь ученым в создании искусственных конечностей, мышц и даже самой спинномозговой ткани. Такие исследования дают надежду на возможность в будущем лечения патологий генетическим восстановлением утраченных тканей или больных органов.
Другие гены, играющие важную роль в развитии конечностей, принадлежат к ряду Hoxd, точнее, к диапазону от Hoxd9 до Hoxd13. Важная статья о конечностях акул, написанная Ренатой Фреитас и ее коллегами из Университета Флориды, сообщает, что развитие началось с последовательной активации генов серии Hoxd13, которая запустила механизм построения конечностей от плечевого пояса вниз к средней части плавника, или, по-нашему, предплечью. Затем неожиданно началась вторая стадия развития (именуемая двуфазной активацией), в течение которой гены серий Hoxd13 и Hoxd12 перестроили концы плавника акулы. Фреитас и ее коллеги сделали вывод, что последовательный запуск генов, так же как и обнаружение новых ископаемых, дает ключ к разгадке всей цепи. Читая эту статью, я был поражен включенными в нее цветными снимками крошечных эмбрионов акул с класперами, подсвеченными краской и свидетельствующими о запуске генов. Кажется, Hoxd12 отвечает и за формирование класперов, а Hoxd13 особенно важен для завершения этого процесса, отвечая при этом и за запуск построения урогенитальной зоны клоаки.
Но каким образом это связано с человеком? Публикация по изучению биологии развития на мышах Мартином Кохом (2004) показала, что развитие генитальных туберкул – бугорков (бугорки, из которых развиваются генитальные органы) и конечностей запускается параллельно и одновременно геном Hoxd13. Автор заключает: «Конечности и внешние гениталии проходят много сходных морфологических процессов, и… одни и те же молекулярные механизмы могут работать и во время развития конечностей, и во время развития гениталий».
Это было открытием для меня. То был первый блок современных данных по биологии развития, который связал открытый мной класпер плакодермы и пенис млекопитающих. В то время как вещество, из которого сделаны гениталии, дифференцируется во время эволюции позвоночных, гены, «командующие» развитием, те же самые и могут быть прослежены также в развитии конечностей. Подобно тому как строится дом из кирпича, из дерева или соломы, пока план стройки действителен, будут строиться одни и те же структуры, даже если материал разный. Класперы и у плакодермы, и у акулы формируются из части развивающегося брюшного пояса, предназначенного однажды стать ногами млекопитающего.
И когда-то репродуктивные структуры ранних челюстных рыб были парными, как часть задних конечностей. После того как парные задние плавники преобразовались в ноги, класперы были утеряны, но вместо них из урогенитальной пластины образовались иные парные репродуктивные структуры, такие как гемипенисы ящериц и змей. В последующих эволюционных преобразованиях парные структуры стали бесполезными, поскольку требовался только один орган для спаривания. Так образовался единственный пенис как доминанта, так сказать, репродуктивных мужских органов позвоночных.
Конечно, утрата пениса тоже происходила в эволюции позвоночных, как у некоторых примитивных рептилий (гаттерия) и у большого числа летающих птиц (Воробьиные), когда по какой-либо причине превалировала иная репродуктивная стратегия. Как конечности могут быть потеряны несколько раз независимо в эволюции позвоночных (безногие ящерицы, червяги, змеи – все независимо друг от друга утеряли конечности) или несколько раз у многих видов единственного рода (как у австралийской ящерицы Lerista), так и потеря пениса не была ущербом для некоторых линий позвоночных.
Мы, люди, иногда сожалеем, что наши небольшие пенисы не выглядят так «отточенно», будто они прошли долгий путь эволюции, но на самом деле это был трудный путь развития, который сейчас можно проследить во времени к самому возникновению конечностей у всех позвоночных.
Итак, когда вы занимаетесь сексом, да еще с самым важным для себя человеком, и ощущаете все наслаждения этого процесса, предоставляемые нам анатомией, не сдерживайте себя и кричите от радости – от благодарности за все, что нам дано. И вспомните при этом нашу маленькую бронированную плакодерму.
Из-за странного поворота биологической судьбы мы сохранили наиболее интересную часть репродуктивной анатомии в наследство от нашей древней эволюционной истории, а иные животные продолжили жить и развиваться без нее.
Заключение. Величайшая тайна биологии
Мой рассказ о происхождении секса у позвоночных подходит к концу, но исследования продолжаются. Всё новые экспедиции обследуют каждый уголок Гоугоу в поисках ископаемых свидетельств, в надежде однажды найти то, что либо подтвердит существующие догадки, либо опровергнет их и породит совершенно новые. Такова наука: не имеет значения, кто прав, а кто нет; важно, в чем состоит эта правда и как она может помочь дополнить картину нашего понимания развития живого на земле.
Изучая материал для написания этой книги, я, как обычно, увлекся и стал искать следы прошлого, которые дают ключ к пониманию природы секса. Я наткнулся на увлекательные истории, к примеру, об открытии Антони ван Левенгуком сперматозоидов в 1677 году, что произошло случайно благодаря созданию более мощного микроскопа. А также о знаменитом датском ученом Николасе Стено (1638–1686), который, помимо принципа суперпозиции, то есть залегания более молодых геологических пластов поверх старых, обнаружил существование яичников в процессе изучения строения гигантской акулы.
Чем больше я искал в материале о сексе в истории живого, тем больше интересного находил – но это уже другая история.
Ключ к пониманию секса – оплодотворение. Сегодня мы хорошо знаем, что сперматозоиды запускают биологический процесс зарождения новой жизни, оплодотворяя яйцеклетку. И еще с Античности люди знали, что совокупление ведет к рождению ребенка. Но механизм этого явления оставался загадкой. Так, древние греки полагали, что «семенные частицы женщины» создавали зародыш, в то время как мужские – только обеспечивали зародыш питанием. Эта идея преобладала в течение более чем тысячелетия.
Фома Аквинский, плодотворный писатель и философ XIII века, считал, что действующей силой является особая пена в семени, обладающая энергией, данной не душой человека, но божественными созданиями. И все же в течение Средневековья боролись между собой сторонники двух концепций: спермисты и овисты. Первые полагали, что человек зарождается и формируется в самом семени мужчины, вторые – что это происходит в яйцеклетке, которой свыше дан зародыш будущего младенца, а сперма – лишь питание для зародыша.
