Выше мы обсуждали, что долгоживущие животные, например крупные позвоночные, имеют небольшую пластичность продолжительности жизни. Причина этого, вероятно, в том, что краткосрочные колебания окружающей среды не влияют на них слишком сильно. Тем не менее некоторые плохо объясненные примеры пластичности можно найти и у высших животных. Так у эусоциальных видов семейства землекоповых (Bathyergidae) матки стареют медленнее рабочих особей, как и у общественных насекомых. Однако более универсальным примером пластичности, продемонстрированным у всех видов — от червей до человека, — является гендерное неравенство продолжительности жизни.

Различия в продолжительности жизни между самцами и самками не являются чистым примером пластичности, поскольку у большинства видов генетический материал несколько отличается между полами. Соответственно, необходимо сказать несколько слов о хромосомном различии самцов и самок — это поможет нам в понимании дальнейших рассуждений.

Животные, как правило, диплоидны. Это означает, что каждый фрагмент ДНК (хромосома) присутствует в двух копиях, одна из которых наследуется от матери, а другая — от отца.

Например, у человека двадцать три пары хромосом, то есть в сумме сорок шесть. Две хромосомы из этих сорока шести участвуют в определении пола и называются половыми хромосомами, или гоносомами. Остальные сорок четыре называются аутосомами.

Самки большинства млекопитающих имеют две похожие (гомологичные) половые X-хромосомы, а самцы имеют одну Х-хромосому и одну Y-хромосому, которая в основном содержит участки неактивных повторов ДНК, а также несколько генов, отсутствующих у самок. Соответственно:

• каждая яйцеклетка содержит 22 аутосомы и одну Х-хромосому;

• каждый сперматозоид содержит 22 аутосомы и одну либо Х-, либо Y-хромосому.

После оплодотворения генетический материал яйцеклетки и сперматозоида объединяется. ХХ-особи развиваются в самок, а ХY — в самцов.

Однако у птиц и некоторых рептилий ситуация иная: половые хромосомы обозначаются W и Z, причем генотип самок — ZW, а самцов — ZZ. У этих животных яйцеклетки несут хромосому, которая определяет пол эмбриона, в то время как сперматозоиды всегда содержат только Z-хромосому.

Теперь вернемся к продолжительности жизни. Как уже говорилось, у разных полов она разная. Например, у большинства млекопитающих самцы живут меньше самок, а у птиц, напротив, самцы, как правило, живут дольше. Разница между полами встречается и у беспозвоночных. Так, у плодовых мушек самцы имеют генотип ХY и меньшую продолжительность жизни.

Некоторые ученые связывают хромосомные различия между полами и разницу в продолжительности жизни. Они полагают, что непарные половые Y-хромосомы у млекопитающих и насекомых и W-хромосомы у птиц и рептилий (то есть фактически те, которые определяют пол) несут генетические последовательности, вредные для здоровья организма и потенциально способные сокращать его жизнь. Откуда берется такая гипотеза?

Две гомологичные гоносомы, например XX у людей или ZZ у птиц, могут обмениваться генетическим материалом в момент образования сперматозоидов или яйцеклеток. Этот процесс называется кроссинговер, и благодаря ему в числе прочего устраняются вредные мутации. Однако ни Y-, ни W-хромосомы никогда не встречаются по две, а всегда сопровождаются негомологичными им Х или Z и, соответственно, никогда не проходят через кроссинговер.

Рис. 15. Половые хромосомы.

Пол животных определяется набором половых хромосом. У млекопитающих самки имеют две X-хромосомы, а самцы X и Y. Определение пола у птиц отличается: самцы имеют две Z-хромосомы, а самки одну Z и одну W. Гомологичные хромосомы, например X или Z, когда присутствуют в парах (XX или ZZ), могут обмениваться генетическим материалом в ходе процесса, который называется «кроссинговер». Благодаря этому они потенциально могут избавляться от вредных мутаций. Y- и W-хромосомы никогда не встречаются в парах и поэтому не участвуют в кроссинговере. Одна из гипотез, объясняющих разницу в скорости старения между полами, основана на том, что из-за отсутствия кроссинговера эти хромосомы накапливают вредные мутации, что приводит к их токсичности

Гипотеза заключается в том, что ошибки, накапливающиеся в Y- и W-хромосомах из-за отсутствия исправляющего их кроссинговера, делают их вредными для организма и сокращают жизнь носителей непарных хромосом, XY- и ZW-генотипов соответственно [65]. Вы, вероятно, уже можете распознать модель накопления повреждений (см. главу 7), слегка адаптированную для гендерного неравенства. Как и любая энтропическая модель старения, эта гипотеза имеет слабые места: она не выдерживает «беличий тест». Самцы белок живут дольше самцов крыс, хотя у тех и других есть Y-хромосомы. Таким образом, крысы-самцы в принципе могли бы жить столько же, сколько и белки-самцы. Однако несоответствия не ограничиваются только этим.

Физический и гормональный пол не всегда соответствует набору хромосом. В некоторых случаях мутации или другие вмешательства могут превратить особь с ХY-генотипом в самку или особь с ХХ-генотипом в самца. Например, у дрозофилы половое развитие определяется белком-трансформером (tra): если ген, кодирующий этот белок, инактивирован мутацией, животные с XX-хромосомами (которые должны были бы стать самками) развиваются как самцы. И наоборот, избыточное количество трансформера может заставить животное с XY-хромосомами развиться в самку. В таких случаях продолжительность жизни зависит от физического пола, а не от набора хромосом [66].

Мало того, при некоторых естественных или вызванных искусственным путем нарушениях клеточного деления рождаются особи с аномальным, порой даже нечетным, набором хромосом. Например, могут появиться животные, лишенные Y-хромосомы (X0), — у дрозофилы такие особи развиваются в самцов. Причем вопреки предсказаниям вышеупомянутой гипотезы продолжительность жизни таких самцов не увеличивается по сравнению с нормальными самцами. То же можно сказать об обратной ситуации: дополнительная копия Y-хромосомы (XYY) приводит к появлению так называемых суперсамцов и статистически не уменьшает продолжительность жизни [67].

Иначе говоря, количество Y-хромосом не влияет на продолжительность жизни, а следовательно, гипотеза о токсичности непарных хромосом неверна или по меньшей мере неполна.

Определенную роль в регуляции продолжительности жизни, вероятно, играют половые гормоны. Исследование исторических

Рис. 16. Влияние половых хромосом на продолжительность жизни плодовых мушек-дрозофил.

Как и у млекопитающих, самцы дрозофил обладают хромосомным набором XY, а самки XX. Чтобы проверить, токсичны ли Y-хромосомы, ученые воспользовались тем фактом, что мутантные мухи, имеющие только одну X-хромосому и не имеющие Y (X0), а также животные, обладающие двумя Y-хромосомами (XYY), развиваются в полноценных самцов. Сравнение продолжительности жизни этих мутантов с нормальными XY-самцами не выявило разницы в продолжительности жизни, поставив под вопрос гипотезу о токсичности Y-хромосом (по [67]).

записей о продолжительности жизни корейских евнухов показало, что кастрация может продлить жизнь [68]. То же можно сказать и в отношении женской стерилизации: снижение выработки женских половых гормонов может удлинить жизнь — это наблюдается на примере домашних животных. Стерилизация и у самок и у самцов кошек и собак снижает смертность [69].

Более того, некоторые наблюдения показывают, что увеличение продолжительности жизни сопровождается феминизацией у самцов, то есть приобретением ими черт женского организма. Так, терапевтические вмешательства, которые продлевают продолжительность жизни у самцов мышей, модифицируют активность их генов таким образом, что они становятся похожи на самок по тому, какие гены у них работают [70].

Таким образом, даже если мы допускаем некоторую токсичность Y- и W-хромосом, в регуляцию продолжительности жизни у самцов и самок, помимо них, вовлечены гормоны и, скорее всего, другие факторы.

Парадоксально, но самцы млекопитающих имеют потенциал для продления жизни — все компоненты механизмов, которые используют самки, чтобы жить дольше, присутствуют в геномах самцов. Почему этот потенциал не используется? Почему у птиц ситуация обратная и самцы птиц живут дольше самок? В настоящее время наука не имеет ответов на эти вопросы, но мы постараемся их найти в следующих главах.