Австралийские ученые обнаружили, что живущие в дикой природе ящерицы бородатые агамы отказываются от считавшегося более совершенным генетического определения пола и переходят обратно к температурному.
У человека и других млекопитающих пол определяется системой половых хромосом X и Y (подробнее об этом можно почитать в заметке «Хромосомные войны»), и, вероятно, поэтому такой способ считается эволюционно наиболее удобным и выгодным. Похожим методом, но с участием W и Z хромосом пользуются птицы, рептилии и некоторые рыбы. Вообще, не только среди млекопитающих, но среди всех позвоночных, не являющихся гермафродитами, виды, выбравшие генетическое определение пола, в большинстве. Хромосомные методы действительно позволяют легко поддерживать оптимальное соотношение полов в популяции – 1:1.
Основным конкурентом генетического определения пола у позвоночных является температурное. Большинство его приверженцев относится к классу рептилий (черепахи, крокодилы), но рыбы и амфибии тоже встречаются. Как правило, самки откладывают яйца в несколько мест, температура в которых должна отличаться: например, в тенистом и влажном тропическом лесу или на прибрежном песке на солнцепеке. При более высоких температурах вылупляются детеныши одного пола, при более низких – другого (у разных видов разным полам могут соответствовать разные температуры). Только в небольшом интервале промежуточных температур возможно развитие детенышей обоих типов. Термочувствительные период приходится обычно на среднюю треть периода развития. Поскольку этот период длится несколько дней, а дневные и ночные температуры могут отличаться, пол зародыша иногда меняется по нескольку раз, но по окончании термочувствительного периода уже не может измениться.
У некоторых видов, например, у миссисипского аллигатора и пятнистого леопардового эублефара, детеныши мужского пола получаются при промежуточных температурах, а женского – при высоких или низких.
Кривая зависимости полового состава от температуры. Три варианта.
Недостатки такого способа определения пола очевидны – животные попадают в значительную зависимость от окружающей среды. Даже довольно краткосрочные погодные аномалии могут сдвинуть соотношение полов к опасным для выживания вида значениям. Одна из гипотез объясняет вымирание динозавров как раз тем, что у них пол потомства определялся температурой, а климат на Земле изменился. Его преимущества не так очевидны, поэтому казалось, что температурное определение пола должно планомерно заменяться на генетическое. А факт его сохранения объяснялся тем, что в условиях стабильного теплого климата оно нейтрально и не подвержено давлению отбора.
Идее, что температурное определение пола понемногу отходит в прошлое, однако, противоречит несовпадение истории появления новых видов в ходе эволюции и тем, у каких именно видов преобладает температурное определение пола. Оно есть у некоторых видов рыб, амфибий и рептилий, но далеко не у всех. У большинства видов определение пола генетическое. Это значит, что переход к температурному определению происходил не один раз и что, вероятно, виды, уже перешедшие к хромосомному определению пола, могут вернуться обратно к температурному. В живой природе до недавнего времени такие примеры не были зафиксированы, в их пользу говорили только филогенетические соображения. Кроме того, повторное возникновение или возврат к температурному определению пола требует, чтобы у него были преимущества, а до сих пор оно считалось, в лучшем случае, нейтральным.
В своих экспериментах австралийские ученые сначала обнаружили в лаборатории возможность бородатой агамы возвращаться к температурному определению пола, а потом обнаружили, что этот процесс постепенно происходит в природе.
В норме у бородатых агам самцы имеют генотип ZZ, а самки – ZW. Оказалось, что инкубация яиц при высоких температурах приводит к тому, что из всех эмбрионов, даже тех, у которых генотип ZZ, развиваются самки. Эти самки не просто плодовиты, в экспериментальных условиях они откладывали вдвое больше яиц, чем обычные самки с генотипом ZW – вот и теоретически предсказанная выгода температурного определения пола. Исследовав популяцию агам, живущую на границе Нового Южного Уэльса и Квинсленда, авторы работы обнаружили, что за последние 10 лет процент самок с генотипом ZZ вырос. В 2003 году он составлял 6,7%, в 2004 – 13,6, а в 2011 – 22,2%.
Пока еще довольно мало известно о конкретных молекулярных механизмах температурного определения пола, известно только, что эффект можно полностью отменить, введя в соответствующий момент в эмбрион дозу женского полового гормона. То есть, вероятнее всего, активность или интенсивность синтеза этого гормона прямо или косвенно определяется температурой. Как связана плодовитость самок с генотипом, тоже неизвестно, но, по крайней мере, экспериментальное обнаружение такой связи объясняет, чем выгоден возврат к температурному определению, и за счет он может происходить. Среди потомства самок с генотипом ZZ не может быть самок с генотипом ZW, поэтому у их потомков уже нет выбора: генетическое или температурное определение пола. Поскольку такие самки более плодовиты, доля самок ZZ будет постепенно расти. С эволюционной точки зрения обмен лучшей приспособляемости (генетическое определение пола) на большую плодовитость (температурное определение пола) тоже не выглядит странным, особенно в местах с благоприятным климатом.
