Чем объясняется ранняя смерть мужчин и как в этом замешаны женские хромосомы

Ученые Университета Нового Южного Уэльса в Австралии выяснили, почему мужчины умирают раньше женщин. Выяснилось, что одну из важных ролей в этом играют половые хромосомы, а не склонность к курению и употреблению алкоголя, более опасная работа или неприязнь к врачам. «Лента.ру» рассказывает об исследовании, которое раскрывает загадку короткой жизни представителей мужского пола.

Неравенство полов

Половой диморфизм — характерное для многих видов животных явление, которое выражается в различных внешних признаках и поведении у самцов и самок одного вида. Например, особи женского пола у глубоководного удильщика Ceratias holboelli намного крупнее самцов, которые выглядят как маленькие мешочки, прикрепляющиеся к телу самки. У многих птиц самцы имеют красивое многоцветное оперение. У насекомых отряда палочники самцы обладают более стройным телом и склонностью к полету.

Различия в морфологии, окраске и поведении между полами оказывают существенное влияние на взаимодействие организма с окружающей средой. Одной из таких особенностей является и продолжительность жизни. Например, у муравьев самцы умирают сразу после роения, а оплодотворенные самки становятся царицами в гнезде. Согласно одной из гипотез, на продолжительность жизни влияют хромосомы, которые определяют пол. Организмы, имеющие две идентичные половые хромосомы (например, XX у самок или ZZ у самцов), относят к гомогаметному полу, а организмы с различными половыми хромосомами (например, XY у людей мужского пола или ZW у птиц женского пола) — гетерогаметному полу.

Половой диморфизм у львов
Фото: Thomas Dressler / Globallookpress.com

Вредная хромосома

В новом исследовании биологи протестировали «гипотезу незащищенной Х» (англ. unguarded X hypothesis), согласно которой Y- и W-хромосома не способна в полной мере защитить организм с гетерогаметным полом от вредных мутаций в X- и Z-хромосоме соответственно. У самок млекопитающих имеются две X-хромосомы, то есть две копии половых генов, поэтому дефектная ДНК может компенсироваться наличием нормальной ДНК. В таком случае наличие мужской (или женской у птиц, рептилий и некоторых насекомых) хромосомы способствует большей вероятности генетических расстройств у всех гетерогаметных организмов и снижает продолжительность их жизни.

Ранее существовали эпизодические свидетельства в пользу «гипотезы незащищенной Х». Известно, что у самцов млекопитающих, имеющих гетерогаметный пол, продолжительность жизни в среднем меньше, чем у гомогаметных самок. У птиц, наоборот, самцы живут дольше самок. В соответствии с этой тенденцией было обнаружено, что у четвероногих животных отклонения в соотношении полов взрослых особей смещены в сторону гомогаметного пола. Однако некоторые исследователи подвергли сомнению имеющиеся доказательства, аргументируя это тем, что продолжительность жизни самцов и самок определяется не только генетически, но и зависит от вклада в потомство, уязвимости для хищников, половым отбором и другими биологическими факторами.

Y- и X-хромосома
Фото: sciencemag.org

Токсичная маскулинность

Наряду с «незащищенной Х» могут существовать и другие механизмы, сокращающие продолжительность жизни мужчин. Одним из них является «токсичная Y», которая найдена у плодовых мушек Drosophila. Y-хромосома у этих насекомых влияет на активность генов у других хромосом и способствует проявлению вредных мутаций.

Есть еще клеточный мозаицизм, выражающийся в том, что клетки из-за мутаций могут иметь различные генотипы. С возрастом некоторые клетки организма теряют целые хромосомы, приобретают лишние. Кроме того, хромосомы могут сильно перестраиваться. По мере старения мозаицизм увеличивается, что затрагивает и половые клетки — гаметы. Однако у женщин существует механизм дозовой компенсации, когда одна из Х-хромосом инактивируется. Дозовая компенсация позволяет смягчить последствия потери Х-хромосомы, однако у мужчин потеря любой половой хромосомы способна привести к большим проблемам, в том числе проявлению вредных мутаций и уменьшению продолжительности жизни.

Каждой твари по паре

Чтобы исключить влияние отдельных генетических механизмов, существующих у отдельных групп животных, специалисты проанализировали данные о продолжительности жизни не только у приматов, других млекопитающих и птиц, но и у рептилий, рыб, амфибий, паукообразных, тараканов, кузнечиков, жуков, бабочек и мотыльков. В то же время, подчеркивают авторы работы, они провели корреляционное исследование, не способное установить строгую причинно-следственную связь.

Ученые проанализировали данные о половых хромосомах, исключив виды, у которых нет мужского или женского гетерогаметного пола, в том числе гермафродитов, способных менять пол организмы и виды, чей пол определяет влияние окружающей среды. Была собрана информация о продолжительности жизни каждого из 229 видов животных из 99 семейств, 38 отрядов и 8 классов.

Определение пола у птиц и двукрылых насекомых
Изображение: Wikipedia

Оказалось, что особи с гетерогаметным полом склонны умирать в среднем на 17,6 процента раньше гомогаметных животных. В то же время исследователи обнаружили аномалию, которую пока не способны объяснить. Хотя у животных с мужским гетерогаметным полом самки живут на 21 процент дольше самцов, у животных с женским гетерогаметным полом (птицы и насекомые) самцы обгоняют самок лишь на 7 процентов. Причиной этого могут быть такие факторы, как побочные эффекты полового отбора, степень деградации Y-хромосомы и динамика теломер.

Возможно, что Y-хромосома у мужских гетерогаметных видов может иметь тенденцию к большей деградации, чем W-хромосома у женских гетерогаметных видов. Существуют также доказательства того, что относительная длина хромосом W и Z может сильно варьироваться в пределах групп животных (птицы или змеи). Что касается теломер, то женские половые гормоны эстрогены могут способствовать их восстановлению. Укорочение теломер связано с прогрессированием старения и меньшей продолжительностью жизни.

Самцы испытывают также большую конкуренцию, чем самки. Как правило, женские особи не так эффективны в размножении, они вносят больший вклад в развитие своего потомства, чем отцы, и поэтому, по прогнозам, они испытывают меньший риск.

***

По словам ученых, результаты продемонстрировали, что половые хромосомы, по-видимому, играют существенную роль в жизненном цикле организма. Выявленная разница в 17,6 процента должна иметь серьезные экологические и эволюционные последствия. Однако гетерогаметность охватывает большое количество различных явлений: от полного отсутствия второй половой хромосомы (X0 или Z0) до сильно редуцированной второй половой хромосомы (Y у людей) и половых хромосом равной длины (X и Y, Z и W). Не все гетерогаметные виды имеют деградировавшую половую хромосому, поэтому исследование представляет собой предварительный тест «гипотезы незащищенной Х».

В будущем необходимо проверить предположение, что разница в продолжительности жизни между полами пропорциональна разнице в длине хромосом между полами. Если вторая хромосома отсутствует или сильно редуцирована, это должно сильнее отражаться на продолжительности жизни особи гетерогаметного пола.