Homo sapiens под микроскопом

Все хорошо знают американскую актрису Анджелину Джоли. Её мама умерла от рака молочной железы, и причиной опухоли могла стать мутация в гене BRCA1. Доказано, что если есть мутация в этом гене, то вероятность развития рака молочной железы очень высока. У Анджелины была обнаружена такая мутация, и она сделала профилактическую мастэктомию. Анализ на мутации гена BRCA1 не является чем-то эксклюзивным. Во многих клиниках мира и в России делают такой анализ. Что же ищут, делая такой анализ? Представим, что ген BRCA1 пишется словом «кот». При мутации буква «о» меняется на «и», в итоге получается «кит». Все диагностические системы настроены на то, чтобы найти в середине слова именно эту букву «и». Эти тесты хорошо работают в Европе и Америке. Но наши врачи недоумевали, почему у женщин с диагностированной опухолью больше чем в половине случаев мутация в BRCA1 не выявляется стандартным методом, то есть отсутствет буква «и» в середине слова. Именно на этот вопрос нашли ответ ученые Казанского федерального университета вместе с коллегами из Республиканского онкологического диспансера в Казани[10 - Shagimardanova E. Germline BRCA screening in breast cancer patients in Tatar women population // E. Shagimardanova, L. Shigapova, O. Gusev, A. Nikitin, N. Druzhkov, R. Enikeev, M. Gordiev // Annals of Oncology. 2016. Vol. 27, Supplement 6. P. vi51.URL: https://doi.org/10.1093/annonc/mdw364.26 (https://doi.org/10.1093/annonc/mdw364.26)]. Оказалось, что у представительниц определенных этносов мутация в гене BRCA1 происходит не в середине слова, а в конце, то есть вместо слова «кот» появляется слово «код», и ген BRCA1 перестает контролировать повреждения ДНК и вылавливать мутации (рисунок 14).

Рисунок 14. Мутации гена BRCA1

В сухом остатке:

• У нас два типа клеток – соматические и половые.

• В соматических клетках – диплоидный (парный) набор хромосом. У человека их 46.

• В половых клетках – гаплоидный (одинарный) набор хромосом. У человека их 23.

• В гаплоидном наборе 22 аутосомы и одна половая хромосома.

• В диплоидном наборе 22 пары аутосом (44) и пара половых хромосом.

• У женщин половые хромосомы одинаковые – две Х-хромосомы.

• У мужчин одна Х- и одна Y-хромосома.

• Соматические клетки делятся митозом.

• Половые клетки образуются в результате деления мейозом.

• Перед делением клетка проходит интерфазу – G1, S и G2 стадии.

• В G1 и G2 стадиях происходит удвоение количества органоидов.

• В S-период удваивается количества ДНК в ядре.

• Митоз – это деление клетки пополам после интерфазы, в результате образуется две диплоидные клетки.

• Мейоз – это два последовательных деления после интерфазы. Между делениями нет интерфазы. В результате образуется четыре гаплоидные клетки.

• Во время первого деления мейоза между парными хромосомами происходит обмен участками. Такой обмен называют кроссинговер.

• От мамы и папы мы получили гибриды хромосом бабушек и дедушек.

• По неизменяемым участкам Y-хромосомы можно проследить родословную мужской линии.

• По митохондриальной ДНК можно проследить родословную по женской линии.

• ДНК – это двойная спираль из нуклеотидов.

• Нуклеодиты отличаются азотистыми основаниями, их в ДНК четыре вида – аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T).

• Три нуклеотида (триплет) соответствуют одной аминокислоте белка.

• Последовательность триплетов – это последовательность аминокислот в белке.

• Ген – это участок ДНК, на котором нуклеотидами записана информация о последовательности аминокислот для одного или нескольких белков.

• У генов и у белков много разных функций. Есть гены, которые контролируют клеточный цикл и деление клеток.

• Изменения последовательности нуклеотидов в гене называют мутацией.

• Мутации в генах, контролирующих клеточный цикл и деление клеток, могут привести к образованию опухолей.

Что такое жизнь, с чего она начинается и кто такие живчики?

Когда я был студентом, то на вопрос преподавателя, что такое жизнь, мы отвечали словами Фридриха Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел…». (Диалектика природы. Ф. Энгельс.) По мнению Ричарда Докинза (рекомендую прочитать его книгу «Эгоистичный ген»)[11 - Докинз Р. Эгоистичный ген. М., 2013. 512 c.], жизнь можно рассматривать через существование и изменение генов. Оба эти определения рассматривают жизнь на молекулярном уровне. А если посмотреть на процесс с клеточного уровня организации многоклеточных живых существ, то жизнь – это существование и непрерывная передача из поколения в поколение половых клеток.

Половые клетки появляются в нашем организме на самых ранних этапах развития. У нас еще нет ни рук, ни ног, и мы лишь зародыши из трех слоев клеток или трех зародышевых листков на вершине желточного мешка, но уже на этом этапе в желточном мешке появились будущие половые клетки – гоноциты. Позже, на шестой неделе развития, когда начнут образовываться половые железы, в них переместятся, или мигрируют, половые клетки из желточного мешка. В организме женщин половые железы – это парные яичники размером с миндальный орех, и в них из гоноцитов будут образовываться яйцеклетки. У мужчин половые железы побольше, размером с грецкий орех, они называются яичками, семенниками или тестикулами, и в них образуются сперматозоиды.

Вы помните, что половые клетки – гаплоидные, и чтобы на Земле появился новый диплоидный житель, они должны встретиться и слить воедино свои ядра и цитоплазму.

Как же встретятся половые клетки, чтобы получился новый житель Земли? Кто к кому бежит? Предлагаю три возможных варианта: 1) сперматозоид и яйцеклетка бегут навстречу друг другу; 2) толпа яйцеклеток бегает и пытается поймать сперматозоид или, 3) как в сказке, принцесса-яйцеклетка никуда не бежит, а ждет во дворце своего принца-сперматозоида. Верным будет только третий вариант, так как у яйцеклеток нет приспособлений для бега и передвижения, а у сперматозоидов они есть.

Где встретятся половые клетки? Они могут встретиться во внешней среде, например, в воде, как это происходит у рыб и земноводных. Такое оплодотворение называют наружным оплодотворением. Другой вариант, когда сперматозоиды попадают в половые пути женской особи и там внутри находят яйцеклетку – это вариант внутреннего оплодотворения, характерный для млекопитающих и птиц.

Сперматозоиды из-за их подвижности раньше называли живчиками. А двигаться они могут потому, что у них есть хвостик, которым они работают, как веслом, и благодаря этому весьма подвижны.

Миссия сперматозоида – донести и поместить в яйцеклетку гаплоидный набор хромосом отца. Поэтому в сперматозоиде нет ничего лишнего (рисунок 15). У него практически нет цитоплазмы. И самая тяжелая его часть – это головка, состоящая из гаплоидного ядра, или мужского пронуклеуса, и акросомы. Акросома – это специальный органоид с ферментами, которые нужны, чтобы проделать отверстие в блестящей оболочке яйцеклетки. Через это отверстие головка сперматозоида доходит до мембраны яйцеклетки. С противоположного от акросомы конца головки сперматозоида располагается шейка, которая переходит в тело, а затем в длинный хвостик сперматозоида. В шейке располагается одна центриоль, а из второй центриоли образован длинный жгутик, лежащий внутри тела и хвостика. Тело – это начальная утолщенная часть хвостика, в которой располагаются митохондрии, необходимые для выработки энергии, без которой хвостик не будет двигаться.

Рисунок 15. Сперматозоид

Гоноциты, из которых образуются половые клетки, появляются на ранних этапах нашего эмбрионального развития, но образование сперматозоидов начинается только с момента полового созревания, или пубертата. Видимые проявления пубертата у мальчиков – это быстрый рост, изменение тембра голоса и появление волос на лице, в подмышечной и паховой областях. До пубертата, несмотря на наличие половых желез и гоноцитов, сперматозоиды не образуются. Пусковым механизмом для их выработки служит повышение уровня мужских половых гормонов.

Сперматозоиды образуются в мужских половых железах, которые вырабатывают не только сперматозоиды, но и мужские половые гормоны. Располагаются мужские половые железы в мошонке – кожаном «мешочке», расположенном ниже и позади полового члена. Мужские половые железы – это яички, они же семенники, они же тестикулы (рисунок 16).

Рисунок 16. Мошонка и яички

Одна из версий происхождения слова «тест» (проверка знаний) связана с тестикулами. Точнее, она связана с историей про папессу Иоанну. Не настаиваю на правдивости этой истории, но звучит она так. Однажды папой Римским была выбрана женщина, которую все принимали за мужчину. Чтобы такое не повторилось, был введен обряд тестирования, то есть проверка кандидата в папы на наличие у него тестикул. Для всей этой процедуры существовало даже специальное коронационное кресло с отверстием в сиденье, через которое проверялось наличие у кандидата мужских половых желез в мошонке. Есть и другие версии происхождения слова «тест», но они не связаны с темой этого рассказа.

Расположение яичек в мошонке кажется нерациональным. Любые травмы этой области очень болезненны. Больно не коже мошонки, больно именно яичкам. Поэтому в киношных драках, да и не киношных тоже, стараются нанести удар сопернику в пах. Хоккеисты защищают эту область, как древние рыцари, специальной накладкой – гульфиком. Правда, гульфики не всегда выполняли только защитную роль. Были времена, когда в желании произвести впечатление на дам и визуально увеличить область своего достоинства мужчины подкладывали в штаны мешочки с песком. От длительного использования мешочки ветшали, и песок начинал высыпаться. Отсюда пошло выражение «из него песок сыпется».

Кажущаяся иррациональность расположения яичек в мошонке обусловлена тем, что сперматозоиды образуются при более низких температурах, чем температуры тела. Для их формирования нужна температура около 35 °C.

Для того чтобы обеспечить постоянное охлаждение яичек, специальная направляющая связка яичка (gubernaculum testis) опускает яички из брюшной полости, где они закладываются (так же, как и яичники у женщин), в мошонку. Процесс опускания яичек происходит до нашего рождения. Состояние, когда яички не опустились в мошонку, называют крипторхизм.

За поддержание постоянной температуры вокруг яичек отвечают две мышцы. Одна из них тонким слоем распределена в коже мошонки и называется мясистая оболочка (tunica dartos); сокращаясь, она уменьшает объем мошонки, сжимает кожаный мешочек с драгоценными яичками, перемещая их ближе к телу. Еще одну мышцу яички прихватили с собой в виде небольшого мышечного тяжа от мышц стенки живота, когда опускались из брюшной полости. Функция этой мышцы – подтягивать яички ближе к телу, поэтому и называется она – мышца, поднимающая яичко – musculus cremaster. При охлаждении или раздражении верхней внутренней поверхности бедра яички подтягиваются к животу – это кремастерный рефлекс. Когда мужчина находится на холоде, например, в холодной воде, размер его мошонки уменьшается благодаря синхронной работе обеих мышц, и яички остаются в комфортной для них температурной зоне 33–35 °C.

Яичко покрыто оболочкой, от которой к центру органа отходят перегородки; это напоминает апельсин или грейпфрут с перегородками и дольками между ними (рисунок 17). Между перегородками в дольках лежат 2–3 извитые трубочки или, по-научному, извитые канальцы яичка. Перед выходом из дольки канальцы выпрямляются и, соединяясь друг с другом, образуют сеть, от этой сети отходит несколько выносящих канальцев, которые выходят из яичка, соединяются и формируют рядом с яичком извитую трубку, или придаток яичка.

Рисунок 17. Канальцы яичка и придаток

Вся последовательность событий образования и перемещения сперматозоидов до их выхода наружу напоминает аэропорт. Сначала идет процесс приготовления к полету и прибытие в аэропорт в семенных извитых канальцах, прохождение через стойку регистрации – в прямых канальцах. После разных стоек регистрации все пассажиры проходят в одном месте предполетный досмотр, то есть потоки смешиваются в сети яичка. А дальше их ждут накопитель и зона ожидания в придатке яичка. Для хорошего полета (по-научному вылет сперматозоидов наружу называют эякуляцией) в накопителе должно быть около 200–250 млн сперматозоидов. То есть в одном эякуляте сперматозоидов будет больше, чем проживает людей в Российской Федерации. Пониженная температура и наличие яичек в мошонке важно не только для образования сперматозоидов, но и для создания комфортных прохладных условий в накопителе – придатке яичка. Если бы не было накопителя, то вновь прибывающие из яичка сперматозоиды постоянно выталкивали бы предшественников и происходило бы непрерывное истечение семени наружу – гонорея (гонос – семя, рея – истечение). Так, кстати, называется одно из заболеваний, передаваемых половым путем, но истекает при этом заболевании не семя, а гной.

Образование новых сперматозоидов в извитых канальцах идет ежедневно и еженощно, начиная с момента полового созревания. Вся последовательность образования сперматозоида от гоноцита (под названием «сперматогоний») через промежуточные клетки – сперматоциты 1-го и 2-го порядка и сперматиды, называется сперматогенезом (рисунок 18). Происходит все это в течение 65 дней. Начинается процесс с митоза сперматогоний, продолжается мейозом сперматоцитов, а завершается превращением обычной по органоидам и объему цитоплазмы гаплоидной сперматиды в шустрый хвостатый спераматозоид.