Біологія. 9 клас. Остапченко

§ 33. Генетика статі. Успадкування, зчеплене зі статтю

Пригадайте, який каріотип у дрозофіли. Чим відрізняються хромосомні набори чоловіка й жінки? Що таке статеві хромосоми та аутосоми? Які рослини називають дводомними? Які статеві гормони утворюються в організмі людини?

Визначення статі організмів під час їхнього індивідуального розвитку - одна з найцікавіших проблем біології.

Як визначається стать різних організмів? Ще наприкінці XIX ст. учені звернули увагу на те, що хромосомні набори самців і самок різняться за будовою хромосом однієї з пар. У диплоїдних нестатевих клітинах самок багатьох видів тварин хромосоми всіх пар подібні за будовою, тоді як у самців хромосоми однієї з пар відрізняються за розмірами та особливостями будови. Пригадайте: такі хромосоми називають статевими, або гетерохромосомами. Наприклад, у самців дрозофіл одна зі статевих хромосом має паличкоподібну форму (Х-хромосома), друга - гачкоподібну (Y-хромосома). У самок дрозофіл обидві статеві хромосоми мають однакову будову (Х-хромосоми), тож їхній каріотип можна умовно позначити як 6А (6 аутосом) + XX (дві Х-хромосоми), а каріотип самців - 6А + ХY (символом «А» позначають нестатеві хромосоми - аутосоми, однакові за будовою в особин різної статі). Різні набори хромосом притаманні й дводомним рослинам.

Оскільки під час мейозу гомологічні хромосоми розходяться до різних гамет, то в особин однієї статі формується лише один тип гамет (гомогаметна стать; від грец. гомойос - однаковий і гамете - жінка або гаметес - чоловік), тоді як у особин протилежної - два (гетерогаметна стать; від грец. гетерос - інший).

У багатьох організмів гомогаметною статтю є жіноча, а гетерогаметною - чоловіча (мухи, клопи, жуки, ссавці, більшість видів риб, деякі земноводні тощо), а в інших - навпаки (метелики, плазуни, птахи, деякі риби і земноводні) (мал. 168). У деяких видів особини різних статей відрізняються за кількістю статевих хромосом. Так, у коників або таргана чорного в диплоїдному наборі самки є обидві статеві хромосоми, а самця - лише одна.

Таким чином, у більшості роздільностатевих організмів стать майбутньої особини визначається в момент запліднення. Вона залежить від того, скільки і які зі статевих хромосом поєднуються в зиготі. Такий варіант визначення статі спостерігають, наприклад, у ссавців.

Цікаво знати

У процесі розвитку статі у ссавців можна виділити два основні етапи. Хромосомний склад зиготи визначає, у якому напрямі розвиватимуться статеві залози. Якщо в каріотипі зиготи присутні X- та Y-хромосоми, статеві зачатки розвиватимуться у сім’яники. У свою чергу, сім’яники виділятимуть чоловічий статевий гормон тестостерон, який циркулює по зародку й зумовлює розвиток за чоловічим типом. Якщо в каріотипі зиготи поєдналися дві Х-хромосоми, статеві зачатки розвиватимуться у яєчники. І такий зародок розвиватиметься в жіночий організм (мал. 169).

Цікаво знати

В організмів, у яких гетерогаметна стать жіноча, статеві хромосоми мають інше умовне позначення: статеві хромосоми, які зустрічаються в обох статей, позначають літерою Z, а ту, яка трапляється лише в гетерогаметної статі, - W.

Мал. 168. Механізм визначення статі тварин: 1 - X-Y у ссавців (і в людини, зокрема); 2 - Z-W у птахів; 3 - Х-0 у деяких комах; 4 - гапло-диплоїдний у бджіл (спочатку в самців - трутнів - гаплоїдний набір хромосом (16), а потім число хромосом подвоюється (32))

Цікаво знати

Слід зазначити, що генетичні основи визначення статі, навіть в організмів, у яких чоловіча стать гетерогаметна, можуть бути різними. Наприклад, у людини із зиготи з каріотипом 44 аутосоми та єдиною Х-хромосомою (Х0) розвивається жіночий організм з вадами фізичного та психічного розвитку. Такі жінки нездатні до розмноження. А ось у дрозофіл із зиготи, що має лише одну Х-хромосому, розвиваються самці, також нездатні до розмноження.

Мал. 169. Механізм визначення статі у людини. Завдання. Проаналізуйте малюнок і зверніть увагу на те, що ймовірність народження в родині хлопчика або дівчинки становить 50 %; але є родини, в яких народжуються виключно хлопчики або дівчатка; за допомогою вчителя спробуйте пояснити це явище

Існують й інші механізми визначення статі організмів. Наприклад, у деяких безхребетних тварин (коловерток, багатощетинкового черва - динофілюса тощо) стать майбутньої особини визначається ще до моменту запліднення. Ці тварини можуть утворювати яйцеклітини двох типів: великі, багаті на жовток, і дрібні, з невеликим запасом поживних речовин. З яйцеклітин першого типу розвиваються лише самки, а другого - самці.

У деяких видів черепах, ящірок і крокодилів на формування статі впливає температура, за якої розвиваються яйця. У крокодилів та ящірок у разі підвищення температури довкілля з яєць вилуплюється більше самців, у черепах - самок.

У таких суспільних комах, як медоносні бджоли, джмелі, мурашки, стать залежить від кількості наборів хромосом зиготи. Самки цих комах утворюють яйця двох типів: запліднені й незапліднені (партеногенетичні). З незапліднених яєць розвиваються самці, а із запліднених - самки. Таким чином, самки мають диплоїдний набір хромосом, самці - спочатку гаплоїдний, але згодом кількість хромосом подвоюється.

Існують деякі ознаки, на характер успадкування яких впливає стать організму. Це пояснюють неоднаковим складом генів, які містять X- та Y-хромосоми.

Явище успадкування ознак, зчеплених зі статтю, вивчав Т.Х. Морган. Він схрестив чисті лінії самок дрозофіли, які мали червоний пігмент очей, із самцями, які були його позбавлені (мали білі очі) (мал. 170. І). Усі гібриди першого покоління мали червоні очі. Серед гібридів другого покоління, отриманих унаслідок схрещування гібридів першого покоління між собою, усі самки мали червоні очі, тоді як половина самців мала червоні очі, а друга - білі. Одночасно він схрестив білооких самок із червоноокими самцями (мал. 170. II). Серед гібридів першого покоління спостерігали таке розщеплення за фенотипом: усі самки мали червоні очі, а всі самці - білі. При схрещуванні гібридів першого покоління між собою серед їхніх нащадків спостерігали інший варіант розщеплення: 50 % особин кожної статі мали червоні очі, а інші 50 % - білі (мал. 170. III).

Такі результати двох варіантів схрещування Т.Х. Морган пояснив тим, що ген, який визначає пігментацію очей, розташований у Х-хромосомі, а Y-хромосома його позбавлена й тому на успадкування цієї ознаки не впливає.

Мал. 170. Успадкування, зчеплене зі статтю, у дрозофіл. Завдання. Прослідкуйте за характером розщеплення за ознакою кольору очей при різних варіантах схрещування

Мал. 172. Механізм успадкування дальтонізму в людини (подібний механізм успадкування й такого захворювання, як гемофілія)

Цікаво знати

У кішок зчеплено зі статтю успадковуються певні види забарвлення шерсті. Відомо, що коти ніколи не мають черепахового забарвлення (руді й чорні плями на білому тлі): вони мають або темні плями, або руді. Це пояснюють тим, що алельні гени, які визначають руде або чорне забарвлення шерсті, розташовані лише в Х-хромосомі. Жоден з алелів не домінує над іншим, тому кішки, гетерозиготні за цим геном, мають черепахове забарвлення шерсті (мал. 171).

Мал. 171. Визначення черепахового забарвлення у кішок: 1 - локалізація гена, який визначає забарвлення шерсті котів; 2 - кішка із черепаховим забарвленням шерсті

У людини зчеплено зі статтю успадковується майже 150 ознак, зокрема деякі захворювання (дальтонізм, гемофілія тощо). Дальтонізм (нездатність розпізнавати деякі кольори) визначається рецесивним алелем, розташованим у X- і відсутнім у Y-хромосомі. Тому чоловік із цим алелем у Х-хромосомі завжди хворіє на дальтонізм. У жінок відповідне порушення сприйняття кольорів виявляється лише в особин, гомозиготних за рецесивним алелем. Гетерозиготні жінки фенотипово здорові, хоча і є носіями цього алеля (мал. 172). Так само успадковується і гемофілія (нездатність крові зсідатися, унаслідок чого людина може загинути навіть за незначних ушкоджень кровоносних судин). Рецесивний алель, який обумовлює це захворювання, передається з покоління в покоління гетерозиготними жінкаминосіями.

Коротко про головне

У багатьох видів тварин особини різних статей розрізняються за набором однієї пари хромосом - статевих, або гетерохромосом. У багатьох організмів гомогаметною статтю є жіноча, а гетерогаметною - чоловіча (мухи, клопи, жуки, ссавці, більшість видів риб, деякі земноводні тощо), а в інших - навпаки (метелики, плазуни, птахи, деякі риби і земноводні). У деяких видів особини різних статей відрізняються за кількістю статевих хромосом (коники, таргани).

Оскільки під час мейозу гомологічні хромосоми розходяться до різних гамет, то в особин однієї статі формується лише один тип гамет (гомогаметна стать), тоді як у особин протилежної - два (гетерогаметна стать).

У більшості роздільностатевих організмів стать майбутньої особини визначається в момент запліднення. Вона залежить від того, скільки і які зі статевих хромосом поєднуються в зиготі.

Явище успадкування ознак, зчеплених зі статтю, пов’язане з тим, що X- та Y-хромосоми мають різний набір генів. Тому певні ознаки можуть проявлятись переважно в особин певної статі.

Ключові терміни та поняття: гомо- та гетерогаметна стать, явище успадкування, зчепленого зі статтю.

Перевірте здобуті знання

1. Які можливі механізми визначення статі відомі в роздільностатевих організмів? 2. Яку стать називають гетерогаметною, а яку - гомогаметною? 3. Чим визначається успадкування, зчеплене зі статтю? 4. Чим можна пояснити той факт, що гетерогаметна стать менш життєздатна порівняно з гомогаметною? 5. Чому в популяціях особини однієї статі можуть кількісно переважати особини іншої? 6. Назвіть метод, за допомогою якого можна визначити стать тварини, якщо самці й самки не розрізняються за особливостями будови.

Поміркуйте

У людини спостерігають мутацію, за якої клітини містять лише одну Х-хромосому, тобто хромосомний набір дорівнює 45, а не 46. Чому не існує людей, які мають лише Y-хромосому, без Х-хромосоми? Відповідь поясніть.