Мужская или женская? У мух некоторые клетки не могут определить

Опытный исследователь плодовых мушек может с первого взгляда определить пол наблюдаемой мухи: характерный рисунок пигментации на теле (особый тип щетинок, встречающийся только на ногах самцов) и различия в гениталиях являются явными признаками. Однако большинство частей тела мухи выглядят одинаково у самцов и самок, и до сих пор учёные не знали, распространяется ли «мужское» или «женское» начало на все клетки и ткани насекомого. В исследовании, опубликованном в открытом онлайн-журнале PLoS Biology, учёные из Janelia Farm Research Campus Howard Hughes Medical Institute обнаружили, что большинство клеток в телах мух идентичны, независимо от того, находятся они в самце или самке.

Это связано с тем, что влияние генов, определяющих пол, ограничено специфическими тканями, объясняет Брюс Бейкер, руководитель группы, проводившей исследование вместе с коллегами. Известно, что каскад генов определяет, как ткани и органы развиваются специфичным для пола образом. В этой иерархической цепочке каждый ген говорит следующему, как и когда действовать.

Ген doublesex, главный ген, определяющий половые характеристики, является последним в каскаде. У мух самки экспрессируют одну форму doublesex, а самцы — другую. Этот ген рассматривается как главный переключатель, который говорит женским клеткам создавать женские половые признаки, а мужским — мужские. До сих пор генетики придерживались представления, что мужская версия doublesex была включена в каждой клетке самцов, а женская — в каждой клетке самок.

Стимулированные сообщениями других лабораторий о том, что doublesex включается только в небольших областях эмбриона мухи и только в определённых частях мозга, исследователи использовали метод генной инженерии для обнаружения экспрессии doublesex в клетках развивающихся мух. Метод присоединяет к doublesex репортёрный ген, заставляющий клетки, экспрессирующие ген, светиться зелёным. Отслеживание doublesex становится таким же простым, как наблюдение за зелёными пятнами у эмбрионов, личинок и взрослых мух.

С помощью этого подхода группа Бейкера обнаружила, что во время развития мухи doublesex включается и выключается в разное время и в разных тканях. Как и ожидалось, они увидели белок doublesex в гениталиях и других частях тела, демонстрирующих различия между самцами и самками. Но в частях тела, где нет явных различий между полами, они обнаружили, что doublesex экспрессировался только в определённых клетках и не экспрессировался во многих других типах клеток.

«Это простое наблюдательное исследование с глубокими последствиями», — говорит Бейкер. Исследование демонстрирует, что, вероятно, только подмножество клеток «знает», мужского они или женского пола. Учёные обнаружили, что самцы и самки плодовых мух на самом деле представляют собой смесь полоспецифичных и «бесполых» клеток. Многие клетки мухи никогда не включают ген doublesex. Таким образом, в то время как одни клетки «знают» свой пол и приобретают соответствующие характеристики в процессе развития, те, которые не экспрессируют doublesex, остаются идентичными у самцов и самок.

Поскольку doublesex или аналогичные гены присутствуют в мириадах организмов, включая человека, эта тема может применяться не только к плодовым мушкам. «Может быть широко верно, что самцы и самки состоят из мозаики клеток, которые знают свой пол, и клеток, которые не знают», — говорит Бейкер. Это может побудить других исследователей проверить наличие аналогичных паттернов doublesex у других модельных организмов, таких как круглые черви, рыбки данио и мыши. Если появятся аналогичные результаты, это может поколебать всё представление о половых различиях в животном мире. И если вывод применим к людям — что на данный момент является большим «если», — последствия могут быть ещё более значительными. «Если это применимо к людям, это, безусловно, изменит наше социологическое представление о том, что мы считаем мужским и женским началом».