А кто сказал, что пола может быть только два?
Даже на Земле полно примеров. Биологических.
Социальных, типо содомитов всех мастей, я не рассматриваю. У них ДНК в норме и пол, ею определенный, тоже, у них с головой не в порядке.
У многих рептилий, которые считаются общим предком птиц и млекопитающих, хромосомы самцов и самок не различаются, а пол детенышей определяется температурой, при которой происходит инкубация яиц.
Тут уместно вспомнить, в чем суть полового размножения. А состоит она в том, что происходит обмен генетической информацией между организмами. Но чтобы было что обменивать, нужно иметь это в излишке. Поэтому для полового размножения нужно, чтобы полный комплект хромосом присутствовал, как минимум, в двух копиях. В принципе, диплоидными организмами ограничиваться не обязательно. И тогда можно представить ситуацию, когда оплодотворение происходит при слиянии не двух, а трех клеток, каждая из которых содержит три хромосомы, определяющие пол. Такой мир трехполых существ описан в одном из романов Азимова. Для них генетическая схема должна быть такой: (XXX-XXY-XYY). Она, в принципе, устойчива, но количество особей XXY в потомстве будет превосходить число XXX и XYY вместе взятых.
Поэтому, стоит вернуться к бинарному спариванию. Что если половых хромосом взять не две, а три? Тогда возможны шесть типов полов: XX,XY,YY,XZ,YZ,ZZ. Для простоты стоит сделать допущение, что один тип особей может спариваться только с одним другим типом. Тогда единственной стабильной нетривиальной схемой размножения будет (XY-ZZ,XZ-YZ). Первый тип спаривания дает потомство XZ и YZ, а второй - XY, YZ, XZ и ZZ. В результате, число особей XZ и YZ в устойчивой популяции будет в два раза больше, чем число особей XY и ZZ, а отклонение от этого соотношения будет скорректировано в последующих поколениях.
Можно садиться писать роман, в котором XY и ZZ являются кастой рабов, производящих детей для доминирующей касты XZ и YZ, а рождение XY или ZZ ребенка в XZ-YZ семье считается большим несчастьем.
у мхов происходит чередование поколений -
Жизненный цикл. Зеленое фотосинтезирующее растение у мхов - это половое поколение, называемое гаметофитом. Гаметы, т. е. половые клетки, образуются на нем в особых половых органах (гаметангиях). Мужской гаметангий называется антеридием, женский - архегонием. Из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) развивается споровое поколение - спорофит. У мхов он практически лишен хлорофилла, остается прикрепленным к гаметофиту и получает от него питание. У спорофита каждая клетка содержит двойной (диплоидный) набор хромосом, а у гаметофита - одинарный (гаплоидный), как в гаметах. При слиянии спермия с яйцеклеткой из двух гаплоидных наборов образуется один диплоидный, необходимый для развития спорофита. У последнего при формировании спор происходит т. н. редукционное деление клеток (мейоз), каждая спора снова становится гаплоидной и может прорасти в такой же гаплоидный гаметофит.
итого - мужская и женская особь и еще бесполый спорофит
К 1950-м годам ученые не сомневались, что черты живых организмов в основном предопределены до рождения и передаются по наследству. У ребенка есть глаза, потому что глаза были у его родителей, не случаен и цвет глаз, как и склонность к близорукости. Чего исследователи не могли понять, так это где хранится вся эта информация. Долгое время считалось, что носитель - белки с их сложной структурой, в которой мерещилось все многообразие жизни. Но к середине 1940-х главной подозреваемой стала ДНК, огромная - у человека она длиной около метра - молекула, обнаруженная почти во всех типах клеток.
ДНК была открыта еще в 1869 году швейцарцем Иоганном Фридрихом Мишером, но тот не придал находке большого значения: его интересовало строение белых кровяных телец.
Кто разгадает первым
Когда в октябре 1951 года Уотсон начал работать с Фрэнсисом Криком в одном кабинете в Кембриджском университете, о ДНК было известно, что она состоит из четырех повторяющихся кирпичиков-оснований с сахаром и остатком фосфорной кислоты, причем аденина в ней столько же, сколько тимина, а гуанина - как цитозина. Но каким образом связаны эти составляющие, ученые понятия не имели.
Только предполагалось, что ДНК напоминала спираль, точнее, винт, но двойной ли, тройной или какой-нибудь другой, как в нем располагались основания, как эта структура могла хранить и воспроизводить наследственную информацию, если вообще могла, - все это оставалось загадкой. Познакомившись, Уотсон и Крик быстро поняли, что хотят вместе ее разгадать.
Кроме Уотсона и Крика структуру ДНК пытались выяснить еще две группы ученых. В Лондоне Морис Уилкинс и Розалинд Франклин, постоянно ругаясь, всматривались в рентгеновские снимки кристаллизованных молекул, а в Калифорнийском технологическом институте над загадкой жизни бился знаменитый химик Лайнус Полинг, который до этого первым определил строение компонентов белков.
За исследования химических связей в 1954 году ему дадут Нобелевскую премию. На его фоне Крик и Уотсон выглядели случайными прохожими: первый был по образованию физиком и только за четыре года до того переключился на биологию, а второму исполнилось всего 23 года. Правда, к тому времени у Уотсона уже была докторская степень.
Первая модель ДНК, разработанная Уотсоном и Криком, состояла из трех цепочек с фосфатными остовами в середине. Когда модель показали Франклин, та подняла коллег на смех: она была уверена, что остатки фосфорной кислоты должны располагаться с внешней стороны молекулы, а не в центре. Начальник Уотсона и Крика - Лоуренс Брэгг - так разозлился из-за этой неудачи, что запретил им дальше заниматься ДНК.
Еще не все пропало
Однако спустя год Брэгг поменял свое решение. В его лаборатории работал сын Лайнуса Полинга, который рассказал, что отец создал свою модель ДНК. В Брэгге взыграло самолюбие.
Они с Полингом были крупнейшими в мире специалистами в своей области, но американец первым определил строение и больших неорганических молекул, и белковой альфа-спирали. Брэгг был - и остается до сих пор - самым молодым лауреатом Нобелевской премии по физике, которую ему и его отцу вручили еще в 1915 году. Но с конца 1920-х он вечно оставался позади Полинга.
Через месяц в Кембридже раздобыли еще не опубликованную статью Полинга с описанием модели. Ко всеобщему удивлению, ДНК в ней представала тройной спиралью с фосфатными остовами в центре, как за год до того предлагали Крик и Уотсон. В автобиографии Уотсон вспоминал: "Пока Френсис поражался новаторскому подходу Полинга к химии, я начал дышать спокойнее. К этому моменту я знал, что мы все еще в игре".
По рассказам Уотсона, он приезжал в Лондон, чтобы обсудить статью Полинга с Франклин, но та не разделила его энтузиазм и сказала, что молекула ДНК не может быть спиральной. Возможно, Уотсон приврал: в лабораторном журнале Франклин сохранились более ранние записи о том, что одна из двух форм ДНК может представлять собой именно спираль. Со слов Уотсона, этот случай стал последней каплей для работавшего с Франклин Мориса Уилкинса. Ее упрямство так надоело, что он в сердцах достал из ящика рентгеновский снимок ДНК и показал его Уотсону. У того отпала челюсть.
Квадратная пластинка размером всего несколько сантиметров вошла в историю как "Фотография 51". Чтобы сделать этот кадр, Франклин положила вытянутый в нить и кристаллизованный образец человеческой ДНК в специальную камеру, где рентгеновские лучи больше 60 часов отскакивали от него на пленку, формируя изображение - полосатый крест. Для Уотсона этот крест стал очевидным доказательством того, что ДНК состоит из двух закрученных цепочек. Франклин же этого не разглядела.
Красота - в простоте
Теперь ученые были уверены в спиралевидной форме молекулы. Но им еще нужно было объяснить, как в ДНК связаны кирпичики-основания с двух разных цепочек, - черные пятна на "Фотографии 51". Для этого Уотсон по-разному переставлял структурные формулы этих кирпичиков, но результата не было. Пока американский химик Джерри Донохью не показал ему свежую статью, где были описаны немного другие формулы кирпичиков ДНК.
Несколько дней Уотсон и Крик обдумывали новую модель, а 21 февраля 1953-го - ровно 65 лет назад - Уотсон догадался, что аденин из одной цепочки соединяется только с тимином из другой, а цитозин - с гуанином. В таком случае молекула ДНК напоминает равномерно закрученную лестницу с краями из сахара, остатка фосфорной кислоты и с параллельными ступенями одинаковой длины. Эти сочетания объяснили, почему в любой молекуле ДНК содержится одинаковое количество аденина с тимином и цитозина с гуанином. Наконец, если у каждого кирпичика есть только одна пара, то молекула может разделиться пополам и образовать две копии с той же генетической информацией. Ученых поразило, какой простой и красивой оказалась разгадка.
"Мы разгадали тайну жизни!", - ставшую знаменитой фразу Фрэнсис Крик произнес в своем любимом баре в Кембридже, где они с Уотсоном праздновали открытие. Впрочем, до всеобщего признания было еще далеко.
Новая загадка жизни
Первым делом выкладки показали Уилкинсу и Франклин. Те два дня сопоставляли их с рентгеновскими снимками и не нашли противоречий. В марте черновик статьи с описанием модели послали Полингу. Он похвалил коллег, но не понял, почему они отбросили гипотезу о тройной спирали. Для Полинга все встало на свои места, только когда он приехал в Кембридж и увидел фотографии Франклин.
В апреле статья Крика и Уотсона вышла в журнале Nature. В 1962 году Уотсону, Крику и Уилкинсу присудили Нобелевскую премию. Франклин умерла в 1958 году и осталась без награды. В последующие десятилетия другие ученые создали трехмерные компьютерные модели, расшифровали ДНК человека и других видов, а в последние годы научились редактировать записанные в ДНК гены. Возникла новая загадка - что станет с жизнью, если теперь ее программирует человек.
Рис 2. Сравнение Хугстиновских пар A T и C G с Уотсон-Криковскими. Хугстиновская геометрия может быть достигнута либо вращением пуринов вокруг гликозидной связи (χ), либо переворачиванием основания (θ), влияющих одновременно на позиции C8 и C1 (обозначено желтым).
Хугстиновские пары - альтернативный вариант связывания нуклеотидов на комплементарных цепях нуклеиновых кислот ДНК или РНК , соединённых с помощью водородных связей не по каноническому Уотсон-Криковскому связыванию оснований ( , и ДНК) (Рис. 1)(отсутствует). Для Хугстиновских пар две антипараллельные нуклеиновые цепи образуют водородные связи по большой бороздке. Пурины поворачиваются на 180° (Рис. 2). Хотя Хугстиновские пары наблюдаются редко, в некоторых последовательностях ДНК, особенно в динуклеотидах 5"-CA-3" и 5"-TA-3" , они существуют в равновесии со стандартными Уотсон-Криковскими парами оснований.
История [ | ]
Химические свойства [ | ]
Поскольку Хугстиновские пары образованы альтернативными водородными связями , они отличаются свойствами от Уотсон-Криковских пар. Например, угол между двумя гликозильными связями больше (80° для пары A T), а расстояние C1′–C1′ - меньше, всего 8,2 , чем в обычной геометрии (10,1 ).
Красота и мощь природного генетического аппарата, скрытые в двуцепочечной спирали ДНК, уже давно вдохновляли ученых на эксперименты по созданию искусственных молекул по образу и подобию материальной основы наследственности. Такие попытки осуществлялись уже не раз, так как простор для действия ученых довольно широк.
Во-первых, рукотворные изменения могут затронуть только так называемую скелетную часть ДНК, состоящую из молекул моносахарида дезоксирибозы, соединенных фосфодиэфирными мостиками. Такие синтетические эксперименты учёные уже проводили, что привело к созданию так называемых пептидных нуклеиновых кислот (ПНК), трео-фуранозильных нуклеиновых кислот (ТНК) и некоторых других аналогов. Однако эти изменения не затрагивают главных составных частей, из которых создана ДНК, азотистых оснований - аденина, цитозина, тимина, урацила и гуанина, так как целью подобных трансформаций было создание молекул, пригодных для применения в живых организмах - в исследованиях или для лечения генетических аномалий.
Другой стратегией создания искусственных ДНК является замена природных азотистых оснований на синтетические или добавление новых оснований , также способных вступать во взаимодействие по принципу комплементарности.
Дело в том, что ДНК, сколь бы сложной она не была, вполне может стать расходным материалом для многих технологий будущего. Природной ДНК на Земле предостаточно, молекула удобна для лабораторных экспериментов и вполне может вписаться в технологическую линию. Но самое главное — то, что природный механизм самоорганизации молекулы открывает огромные перспективы для использования в развивающихся отраслях науки - нано- и биотехнологиях и химической биологии.
К сожалению, эффективность ДНК ограничена всего двумя комплементарными парами - гуанин-цитозин и аденин-тимин. Создание искусственных аналогов, способных заменить природные компоненты в спиральной молекуле, открыло бы людям куда больше возможностей.
Разумеется, пока что это только фантазии, и эксперимент по получению полностью искусственной молекулы ДНК, описанный в «горячей» статье в Journal of the American Chemical Society, был поставлен японскими учеными по большей части из любопытства. Ну и соображений научного престижа, конечно.
Масахико Инуё и его коллегам удалось создать аналог ДНК, в который входят исключительно искусственные азотистые основания.
Поскольку при этом все «соединительные мосты» между нуклеотидами - дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты - остались прежними, то молекулу эту с полным правом можно называть даже не «аналогом», а ДНК. Поскольку в клеточных ядрах живых организмов ничего подобного не встречается, учёные полагают, что для неё лучше всего подходит термин «искусственная ДНК».
Лаборатория Инуё, работающего в высшей школе фармацевтики при Университете японского города Тояма, взяла за основу свои прежние наработки. В прошлом они уже показали, что гуанин в цепочке ДНК можно легко заменить на соединение «изо-гуанин * », способный вступать в обратимое взаимодействие по механизму водородной связи - трехкратной, как и у гуанина. При подготовке к синтезу полностью искусственной ДНК учёные создали также комплементарный «изо-гуанину * » «изо-цитозин * », «изо-тимин * » и «изо-аденозин * ».
Синтезировав на основе этих искусственных азотистых оснований несколько достаточно длинных двуцепочечных последовательностей, ученые сравнили их свойства со свойствами природной цепи.
Близость термодинамических и структурных параметров искусственной и природной ДНК и позволила ученым громко заявить о своем успехе.
Термическая стабильность искусственной ДНК оказалась очень близка к таковой у природного образца, несмотря на замену молекул и изменения соотношения силы взаимодействия нуклеозидов по механизму водородной связи и их стыковке благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям.
Нуклеозиды - соединения из остатков азотистого основания и углевода - рибонуклеозид и дезоксирибонуклеозид.
Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов, нуклеозидфосфаты.
Сохранили искусственные последовательности нуклеозидов и высокую избирательную способность, также почти не уступающую фрагментам естественной ДНК. Например, последовательность из десяти искусственных нуклеотидов очень слабо взаимодействует с «почти комплементарной» ей цепочкой, даже если комплементарности не удовлетворяет хотя бы один из нуклеозидов. Причем такая избирательность, очень близкая к избирательности природной молекулы, обеспечивается исключительно за счет взаимодействия нуклеозидов, а не за счет не подходящих друг другу по размеру азотистых оснований. В природной молекуле размерный эффект приводит к значительному искажению углеводного скелета, за счет чего некоплементарная последовательность становится еще более неустойчива.
Более того, цепочки, построенные только из синтетических заменителей тимина и аденина, проявили способность к формированию тройных спиралей.
Ученые связывают это с особой симметрией молекул и надеются, что в будущем эта экзотическая особенность синтетических азотистых оснований может быть использована в технологических задачах.
Научится ли человек создавать искусственные живые системы на основе собственных ДНК, созданных по воле разума, а не по стечению факторов, зародивших жизнь на земле миллиарды лет назад, - покажет время. Пока же ждем прорыва в нанотехнологии, биохимии и других областях передовой науки, о которых «Газета.Ru» обязательно расскажет.