Сексуалността, еволюционна загадка.

определяне пола

ЕВОЛЮЦИЯТА НА ОПРЕДЕЛЯНЕТО НА ПОЛ
От Leo Beukeboom и Nicolas Perrin. Oxford University Press, Oxford, 2014.

Сексът заема централно място в човешката концепция за живия свят. Всъщност разликата между мъж и жена е дълбоко вкоренена в мозъка ни. Биологията на секса и социалната концептуализация на секса (пола) съпътстват ежедневието ни. Мъжествеността и женствеността са основни символични елементи на всички човешки култури. Според даоистката доктрина всички феномени на Вселената започват от взаимодействието между женския принцип (ин) и мъжкия (ян). Има биологични причини за това културно увлечение пола: той е необходим за възпроизводството на човека. Въпреки това, като се има предвид видната роля на жените в тази задача, върху които пада бремето на бременността и кърменето, точният принос на мъжете в репродуктивния процес е обект на дълги дебати и противоречиви тълкувания.

Какво да разберем под секс? Има поне две биологични определения. Първият разглежда секса като генетичен обмен между индивидите. Вторият го обяснява с наличието на мейоза. Въпреки че и двете дефиниции се припокриват през голяма част от пътуването си, те не спират да представят важни разлики: вирусното предаване не е пол, самооплождането е форма на секс и има различни видове партеногенеза. Мейозата и митозата имат много прилики. И двете включват клетъчно делене и генетична рекомбинация. Но двата процеса се различават и в няколко важни отношения: настъпва митотична рекомбинация между сестрински хроматиди, няма обмен на генетичен материал и завършва с две генетично идентични диплоидни клетки. Вместо това се получава мейотична рекомбинация между хомоложни хромозоми, има обмен и се получават четири генетично уникални хаплоидни клетки. Мейотичният секс е сложен двуетапен процес, иницииран от сингамия, т.е. сливането на две хаплоидни клетки за образуване на диплоидна зигота и завършващо с редукция до хаплоидия чрез мейоза.

Намираме мейотичен секс в повечето родове еукариоти. Широко дифузен, той е забележим сред големите многоклетъчни форми; не е така при едноклетъчните, където може да бъде факултативно и да се изразява само в специфични и криптични условия. Мейотичният секс често се свързва с размножаването. Понякога по неразделен начин. Хората се размножават само по полов път, както и всички други бозайници.

Дешифрирането на структурата и функцията на типове чифтосване разшири перспективите за произхода на мъжката и женската сексуалност. Изненадващо, механизмите на определяне на пола не са били запазени в хода на еволюцията, но са станали изключително разнообразни и бързо мутирали. Какво движи динамиката на този основен процес, който винаги води до един и същ резултат: два сексуални типа, мъжкият и женският?

Механизмите, които определят пола, винаги са интересували биолозите поради тяхната универсалност и критично значение във всички форми на живот. През 1983 г. Джеймс Бул публикува отличен синтез на въпроса в „Еволюция на механизмите за определяне на пола“. Към днешна дата не се появи актуализация. Тази книга разглежда този недостатък, без да се отклонява от централната идея, а именно: системите за определяне на пола, за които би се казало, че са единични и независими, всъщност формират фонов континуум. Също така няма основа за класическата дихотомия между генетично определяне и определяне на околната среда. Сексът е феномен на прага, лабилен, повлиян от наследствеността и околната среда.

С Питагор (570-495 г. пр. Н. Е.) Е очертана концепцията за "спермист", която поддържа, че бащата допринася за основните характеристики на потомството, докато участието на майката е ограничено до материалния субстрат. През 1676 г. Антони ван Левенхук (1632-1723) използва лещи, които той е издълбал, 270-кратно увеличение, за да разследва какво „без чувство за грях остава като остатък след брачен контакт“ и установява, че това мистериозно вещество, сперма, е обитавани от множество змиорки. Той смятал, че тези „сперматозоиди“ играят решаваща роля за снабдяването на ембриона с тяхното вещество, докато яйцеклетката ще осигури хранене. През 1694 г. Николаас Хартсокер (1656-1725), асистентът и съоткривател на сперматозоидите на Лиуенхук, илюстрира зрението си с чертеж на предварително оформен човек в сперматозоида, хомункулуса.

През 18 век италианският предводител Lazzaro Spallanzani (1729-1799) демонстрира експериментално, при земноводни, че спермата на мъжкия е необходима за оплождането на яйцеклетките на женската. През 1827 г. ембриологът Карл Ернст фон Баер (1792-1876), откривател на яйцеклетката на бозайниците, въвежда термина сперма. През 1841 г. друг ембриолог, Алберт фон Кьоликер (1817-1905), поставя ред във все още царуващата концептуална плетеница, който след като изследва процесите на оплождане при различни морски животни под микроскоп, стига до заключението, че сперматозоидите не са получени животни, а продукти от клетките на тестисите, които се нуждаят от контакт с яйцеклетката за успешно размножаване. Сливането между яйцеклетката и спермата най-накрая е наблюдавано през 1876 г. от зоолога Оскар Хертуиг.

История на двойка е извървяла пътя за определяне на пола в различни култури и времена. През шести век пр. Н. Е. Парменид предлага сексът да зависи-
ден от страната на утробата, където ще се засели ембрионът; за Анаксагор от V пр. н. е. полът зависи от тестисите на родоначалника. Аристотел, през 4 век пр.н.е. Той разкритикува и двете теории, като предостави доказателства, че при животните ембрионите от двата пола могат да се заселят от една и съща страна на матката и че мъжете само с един тест могат да имат деца от двата пола. Следвайки идеите на Емпедокъл за четирите елемента, Аристотел предлага мъжките да се характеризират с изобилие от огън, поради което те са топли и сухи, докато жените с изобилие от вода са студени и влажни. Следователно полът на родения се определя от топлината на родителя от мъжки пол по време на полов акт. През 18 век анатомът Мишел Проко-Куто (1684-1753) възприема идеите на Парменид и Анаксагор и предлага, че най-добрият начин за контрол на пола на детето ще бъде премахването на тестиса или яйчника, свързани с нежелан секс .

Екологични или епигенетични теории за определяне на пола доминираха до неотдавна. В края на 19 век се смяташе, че храната е определящият фактор; полът ще се определя от храненето на майката през първите три месеца от бременността: мъжете с лоша диета; богата диета, жени. Епигенетичните възгледи са изоставени след откриването на половите хромозоми. Хенкинг наблюдава през 1891 г., че елемент от мъжка мейоза на Pyrrhocoris apterus (със система XX-X0) се предава само на половината от спермата. Той посочи този елемент като "X", т.е. неизвестен. През 1902 г. МакКлунг предполага, че това е хромозома, отговорна за секса. Той го нарече Х хромозома. Участието на Х хромозомата в определянето на пола получи допълнителна подкрепа от работата на Бриджис, който анализира индивиди от дрозофила с анормална конституция на половата хромозома.

Около същото начало на 20-ти век биолозите осъзнават, че конституцията на човешката хромозома се различава между мъжете и жените. От 23 двойки хромозоми, едната е хетероморфна при мъжете (с малка двойка Y хромозома с нейния мощен X-аналог), докато при женските двойката е хоморфна (XX). С напредването на века беше открито, че при хората сексуалните различия крият генетични различия: Y хромозомата съдържа гени, включително гена Sry, които са необходими за определяне и диференциране на мъжествеността. Полът на детето зависи от това дали сперматозоидите по бащина линия, които са оплодили майчиното яйце, са допринесли за X хромозома или Y хромозома.

Еволюционните перспективи за секса са предизвикателство за дългогодишните интуитивни идеи. Нека просто назовем три. Първо, въпреки че е свързан с репродукцията в много многоклетъчни линии, сексът не е предимно репродуктивен процес, тъй като разходите надвишават ползите. Нито предполага сексуален контакт: външното оплождане, след излюпването на гаметите, е често срещано при много организми. От мъжки и женски не се изисква да създават потомство; мисля за много насекоми. И накрая, в дългата история на секса мъжете и жените пристигаха бавно; Вместо два диференцирани пола, много организми имат морфологично близки типове чифтосване, които при гъбичките наброяват на десетки или стотици.

Може да изглежда, че с ранния си произход в еукариотите и почти универсалното си разпространение, сексът трябва да донесе големи и очевидни еволюционни предимства. Но разходите са по-поразителни от ползите. Разходи, които са от много различни видове. Първо, присъщите физиологични разходи на мейозата. В едноклетъчните клетки се изразходва повече енергия за постигане на мейоза, отколкото митоза. По време на времето, необходимо за конюгиране и пренареждане на ядрата, дрождова клетка може да претърпи осем митози, произвеждайки 256 дъщерни клетки (т.е. 28). Това може да изглежда като много тежка цена, която се облекчава, когато те изразяват секс, като се възползват от факта, че условията на околната среда са по-неблагоприятни за развитие. Фактът, че сексът (като трансформация в бактерии) често се изразява при условия на стрес (например при недостиг на азот в Chlamydomonas), не означава непременно, че представлява адаптация към тези условия, а по-скоро експлоатира минималните разходи при обстоятелства. В резултат на тези асоциации зиготите често се специализират в състояния на покой, както в едноклетъчни, така и в многоклетъчни еукариоти.

Разходите се увеличават, когато сексът включва генетичен обмен между различни индивиди (кръстосване, срещу самооплождане или клониране). Първо, кръстосването може да предизвика значителен рекомбинационен товар, чрез разпадане на полезни комбинации от гени, придобити по време на селекцията. Второ, самият процес на чифтосване е скъп. Конституцията на репродуктивните органи на мъжа и жената, както и второстепенните характери, натоварват тежко енергийните инвестиции. Намирането на сексуален партньор понякога може да бъде трудно, особено ако плътността на населението е ниска. Чифтосването също така разпространява болести, предавани по полов път, и предизвиква рискове от хищничество, особено ако включва забележимо показване или показване.

Геномите трябва да изпълняват различни функции по време на биологичния цикъл на организма. Поради тази причина те кодират различни програми, които трябва да бъдат заглушени или изразени в зависимост от ситуацията. Това важи и за половете и видовете чифтосване. Геномите са основно бипотентни, снабдени със способността да промотират един или друг пол според определени специфични ключове. Това твърдение е напълно вярно в системи с определяне на пола в околната среда: ембрионът на костенурка ще се превърне в мъж или жена в зависимост от температурата на инкубация. И това е почти вярно за системите с генотипично определяне на пола: човек или дрозофила XY носи двойки от всички гени, необходими за развитието на женската; XX индивиди също могат да развият мъжки фенотипове (въпреки че няма да са фертилни, тъй като им липсват гените, свързани с Y хромозома, необходими за правилното формиране на теста).

Механизмите за определяне на пола включват не само първоначалния спусък, който насочва програмата за развитие на организма към мъжката или женската съдба, но също така осигурява наличието на гени, които организират първичната полова диференциация. Половата диференциация е сложен процес, изискващ генни регулаторни мрежи, с вериги за обратна връзка и динамични антагонизми.