Свирепые самки кротов обладают мужскими гормонами и гениталиями. Теперь мы знаем, как это происходит.

Кроты ведут суровую жизнь под землей. В результате у них развились полезные адаптации, например, когти, похожие на экскаваторные. Самки кротов, в частности, выработали необычную стратегию: высокий уровень мужского гормона тестостерона.

Это эволюционное преимущество. Он обеспечивает более сильные мышцы для рытья и поиска пищи, а также агрессию, помогая матерям защищать себя и свое потомство.

Большую часть года самки кротов выглядят и ведут себя как самцы. У них маскулинизированные гениталии: нет внешнего влагалища и увеличен клитор. Но когда наступает брачный сезон, уровень тестостерона падает и формируется влагалище; затем происходит спаривание и роды.

Долгое время оставалось загадкой, как им это удается. Теперь полное секвенирование генома крота выявило генетические изменения, лежащие в основе этого странного цикла у самок, в ходе которого развиваются репродуктивные органы (гонады) и вырабатываются гормоны.

Гонады и гормоны

Развитие по мужскому типу у людей и других млекопитающих определяется хромосомами. Самки имеют две копии X-хромосомы. Самцы имеют одну X и специфичную для мужского пола Y-хромосому.

У XY-эмбрионов ген SRY на Y-хромосоме вмешивается в сеть из примерно 60 других генов. SRY включает гены семенников и выключает гены яичников, превращая гребень клеток в семенник.

В семеннике один тип клеток специализируется на производстве спермы, а другой (клетки Лейдига) вырабатывает мужские гормоны, включая тестостерон.

Тестостерон отвечает за наиболее заметные половые различия у самцов: более крупное тело, большую мышечную массу, мужские гениталии и повышенную агрессию. У XX-эмбрионов альтернативный путь приводит к формированию яичника, вырабатывающего эстроген.

Таким образом, у млекопитающих разные генетические пути направляют один и тот же участок эмбриональной ткани к развитию либо в яичник, либо в семенник. Как правило, промежуточных вариантов нет.

Но у самок кротов есть участок семенника внутри их яичников.

Эволюционный баланс

В 1993 году было обнаружено, что основой «интерсекс-развития» у самок кротов является гонада, содержащая как яичниковую, так и семенниковую ткань.

Как и другие самцы млекопитающих, самцы кротов имеют Y-хромосому с геном SRY, который направляет формирование семенников.

Также как и другие млекопитающие, самки кротов не имеют Y-хромосомы. Однако, любопытно, что вместо развития яичников у них развиваются «овотестисы»: с яичниковой тканью на одном конце и семенниковой тканью на другом.

Яичниковая ткань производит яйцеклетки и увеличивается в период размножения, а затем регрессирует. Семенниковая ткань заполнена клетками Лейдига, которые вырабатывают тестостерон (но не сперму). Вне брачного сезона она расширяется, становясь больше, чем яичниковая часть.

Это объясняет, почему у самок кротов мужские гениталии, а также развитая мускулатура и агрессивность. Но как участок семенника формируется у самок кротов, если у них нет гена SRY, чтобы запустить этот процесс?

Генетические изменения, лежащие в основе развития овотестиса

Чтобы найти генетические изменения, которые могли бы это позволить, международный консорциум ученых секвенировал весь геном крота.

Они не обнаружили различий между кротами и другими млекопитающими в белковых продуктах примерно 60 генов, участвующих в определении пола. Однако они обнаружили мутации, которые изменили регуляцию двух из этих генов у самок кротов.

Одно отличие было найдено в последовательностях ДНК гена FGF9, жизненно важного для развития семенников. У всех млекопитающих этот ген включает рост семенников у XY-эмбрионов и подавляет гены, определяющие развитие яичников.

У самок других млекопитающих ген FGF9 выключается в отсутствие SRY, но у самок кротов он остается включенным.

Секвенирование генома показало причину: большой участок ДНК непосредственно перед геном FGF9 у кротов перевернут. Эта инверсия удаляет обычные регуляторные последовательности из гена, позволяя ему дольше оставаться включенным у XX-эмбрионов.

Другой ген, затронутый у самок кротов, — CYP17A1, который кодирует фермент, ключевой для производства андрогенов (мужских гормонов). У самок кротов этот ген и его окрестности имеют две дополнительные копии, что увеличивает выработку тестостерона.

Чтобы показать, что эти геномные изменения действительно ответственны за маскулинизацию самок кротов, исследователи внедрили их в мышей, что вызвало смену пола и повышение уровня тестостерона.

Важно отметить, что эти эволюционные изменения касаются регуляции активности генов, а не регуляции белковых продуктов, что могло бы нарушить другие нормальные функции.

Что это означает для пола и эволюции

Поскольку млекопитающие, включая человека, развиваются либо как самцы, либо как самки, мы привыкли рассматривать развитие семенников или яичников у эмбриона как строгие альтернативы, зависящие от переключателя «вкл/выкл» (наличия или отсутствия Y-хромосомы и гена SRY).

Но теперь мы знаем, что существует сложная генная сеть с системой сдержек и противовесов, которая лежит в основе альтернативных путей полового развития.

Существует множество исследований детей, рожденных с мутациями в одном из этих генов. Это указывает на более сложную картину «проводки», стоящей за «переключателем», ответственным за вариации в половом развитии человека.

Свирепые самки есть и у других видов млекопитающих. Самки пятнистых гиен крупнее и доминантнее самцов и имеют мужские гениталии. Мы не знаем, как это изменение работает на генетическом уровне.

Обратной стороной является то, что спаривание затруднено. Детеныши рождаются через узкий фаллос самки. Матери и/или детеныши часто умирают во время этого рискованного процесса.

Таким образом, хотя эти более крупные и агрессивные самки правят в клане гиен и получают первый выбор пищи, как и большинство вещей в природе, за это, кажется, приходится платить.

Большие свирепые самки кротов и гиен напоминают нам, что мир природы, как всегда, демонстрирует уникальные эволюционные различия, проливая свет на вариации у человека.