Мальчики и девочки: соотношение полов и умозрительная генетика

Наталья Резник,
кандидат биологических наук
«Химия и жизнь» №2, 2021

Иллюстрация Натальи Колпаковой

Мальчики — будущие защитники Отечества. Говорят, что перед войной их рождается больше. На самом деле это неправда, но связь между мужской рождаемостью и войнами есть. Эта статья о том, как обстоятельства жизни влияют на соотношение полов.

Полигон эволюции

Половое размножение — это размножение, в котором участвуют половые клетки. Наличие разных полов при этом необязательно, одна особь вполне может производить и мужские, и женские гаметы. Так поступают беспозвоночные: брюхоногие моллюски, некоторые черви, ракообразные и кишечнополостные. Причем гермафродиты размножаются вдвое эффективнее раздельнополых видов, поскольку потомство приносит каждая зрелая особь. Тем не менее подавляющее большинство животных раздельнополо. Очевидно, существование полов создает преимущества, более весомые, чем плодовитость.

В 1965 году советский ученый Виген Артаваздович Геодакян предположил, что мужской пол представляет собой экспериментальный полигон эволюции. На нем природа обкатывает новые признаки, поэтому мужская смертность должна быть выше, чем женская. С эволюционной точки зрения это не страшно, потому что один самец производит несоизмеримо больше половых клеток, чем самка, и может оплодотворить нескольких особей. Женскому полу в этой системе отводится роль хранителя генетической информации («Химия и жизнь» № 4, 2001).

К людям эта теория приложима в полной мере. Мальчики умирают чаще девочек, однако и на свет они появляются чаще. На каждую сотню новорожденных девочек приходится 101–108 мальчиков, в зависимости от популяции. Между тем соотношение полов должно быть равным. Пол человека определяется комбинацией половых хромосом и зависит от того, Х- или Y-несущий сперматозоид оплодотворит яйцеклетку.

У млекопитающих два типа половых хромосом: Х и Y. При зачатии они комбинируются с равной вероятностью, поэтому в популяции мальчики и девочки должны рождаться с одинаковой частотой

Естественно, ученые предположили, что перекос в соотношении полов может быть вызван неодинаковым числом сперматозоидов, несущих Х и Y хромосомы, и некоторые не поленились эти сперматозоиды пересчитать, однако данные получились противоречивые. При сравнении спермы отцов многих сыновей и многих дочерей в некоторых случаях разница была, и весьма существенная (44–54% и 37–49% Y-сперматозоидов), в других — нет. Так что соотношение полов при зачатии составляет 1:1, а их различие при рождении объясняется другими причинами, например разной пренатальной смертностью: по данным специалистов Института медицинской генетики Томского научного центра РАН, среди спонтанных абортов преобладают эмбрионы женского пола.

Генетический контроль?

Повышенная мужская рождаемость как будто компенсирует высокую мужскую смертность. После войн и серьезных социальных конфликтов доля родившихся мальчиков резко увеличивается («Химия и жизнь» № 11, 2004), и этот феномен нужно как-то объяснять.

На рисунке видно, как менялась доля мальчиков, родившихся в Англии и Уэльсе в 1838–2006 годах. Послевоенные годы отмечены всплесками мужской рождаемости. Пунктирная линия — сглаженная кривая, которая показывает общую тенденцию. Аналогичная закономерность в соотношении полов наблюдается в Бельгии, Франции и Германии. В. А. Геодакян отмечал, что во время Ирано-Иракского конфликта (1980–1988) и войны 1991 года в Словении рождаемость мальчиков в этих странах не увеличилась. Возможно, это связано с низким уровнем мобилизации

В 1871 году Чарльз Дарвин предложил концепцию частотно-зависимого отбора. Если в популяции возникает перекос в соотношении полов, то представители менее частого пола будут пользоваться большей популярностью, то есть иметь больший репродуктивный успех. В условиях нехватки мужчин ребенка сможет иметь каждый мужчина, но не каждая женщина. Такая ситуация приведет к положительному отбору по любому признаку, увеличивающему частоту рождения редкого пола, пока их соотношение не выровняется.

В 1930 году английский генетик и статистик Рональд Фишер (1890–1962) представил публике принцип равных инвестиций, согласно которому естественный отбор уравнивает количество родительских вложений в сыновей и дочерей, для чего фиксирует гены, побуждающие родителей в одинаковой степени заботиться о потомках обоего пола. Гены предпочтения одного из полов он отбраковывает. Если мальчики умирают чаще девочек, им в целом достается меньше заботы, и отбор компенсирует ситуацию увеличением числа родившихся мальчиков, чтобы уравнять родительские инвестиции. Теория красивая, только доказать ее сложно, потому что количество заботы, вложенной в потомство, невозможно измерить, и доказательств того, что смертность людей в неполовозрелом возрасте коррелирует с соотношением полов при рождении, до сих пор нет.

Однако на этой стадии к вероятностной теории соотношения полов добавилась идея о генетическом контроле. На то, что он существует, указывают многие данные. Так, в разных популяциях соотношение мальчиков и девочек разное и достаточно постоянное. В Европе, например, оно составляет 1,06, среди населения банту — 1,01, в Нигерии и Эфиопии — 1,07. Эти отличия сохраняются даже в случаях, когда жители африканских стран перебираются в США или Великобританию.

Убедительных прямых доказательств, подтверждающих генетический контроль определения пола, нет. В 2003 году специалисты клинического госпиталя Сан-Карлос в Мадриде обнаружили, что у женщин-носительниц мутации в гене BRCA1 на 15–17% возрастает вероятность рождения девочек. Мутации в гене BRCA1 нарушают восстановление двунитевых разрывов ДНК и, как следствие, повышают риск развития некоторых злокачественных опухолей. Исследователи затруднились объяснить этот результат, но отметили феномен, который несколькими годами позже подтвердили американские и канадские исследователи. Выборка в обоих случаях маленькая, данные предварительные и требуют проверки.

В поисках генов, которые могут влиять на пол будущего ребенка, специалисты южнокорейского Университета Сонсиль проанализировали геномы 4 183 мужчин и 4 659 женщин. Они обнаружили несколько аутосомных генов, изменчивость в которых зависит от пола. Один из этих генов, DNAH11, кодирует белок динеин, участвующий в работе жгутиков сперматозоидов; другой ген, PPP1R12B, также может влиять на репродуктивную систему. Как соотносятся эти мутации с частотой рождения мальчиков, исследователи не проверили.

В то же время международная группа ученых (ведущий исполнитель — профессор Сплитского университета Весна Бораска) проанализировала данные 51 исследования с участием 115 000 человек европейского происхождения и не обнаружила аллелей, которые могли бы повлиять на соотношение полов.

Сынородный генотип

Трудно ухватить ген за хвостик, но всегда ли это необходимо? Отец генетики Грегор Мендель вычислил существование дискретных наследственных факторов на кончике пера, анализируя результаты скрещиваний. Многие современные ученые идут тем же путем. Пытаясь выяснить, существует ли генетический контроль соотношения полов, они анализируют демографические и генеалогические данные, в которых сейчас нет недостатка.

Многие любители и профессиональные исследователи генеалогии публикуют в Интернете результаты своих изысканий. Корри Геллатли, генетик и статистик из Университета Ньюкасла, собрал из этих данных обширную базу, которая содержит историю 927 североамериканских и европейских семей (556 387 человек) за четыре века. Оказалось, что мужчины, у которых больше братьев, имеют больше сыновей, а мужчины, у которых много сестер, имеют больше дочерей.

Наблюдаемую ситуацию хорошо описывает модель, в которой пол контролирует аутосомный ген, влияющий на мужскую репродуктивную систему. Ген есть и у мужчин, и у женщин, но его действие проявляется только у отцов, а матери — носительницы. Геллатли полагает, что существует два варианта (аллеля) этого гена, которые он назвал m и f. Поскольку гены образуют пары, возможны три сочетания аллелей: mm, mf и ff. Расчеты показывают, что при mm вероятность стать отцом мальчика составляет 80%, при mf — 50% и при ff — 20%. Компьютерная модель, имитирующая действие гена на протяжении 500 поколений, подтверждает, что соотношение полов в популяции остается равным, даже если в отдельных семьях рождаются исключительно мальчики или девочки.

Теория Корри Геллатли объясняет, почему после войны может увеличиться рождаемость мальчиков. Число сыновей зависит от генотипа. Чем больше в семье сыновей, тем больше вероятность, что кто-то из них выживет, и будет он, скорее всего, носителем «мужского» аллеля, поэтому вероятность родить сына у него выше.

Разумеется, Геллатли не первый ученый, предпринявший подобные исследования. В конце 1990-х годов специалисты Национального института рака (Бетесда, США) исследовали соотношение полов и очередность появления на свет 1 403 021 ребенка, рожденного 700 030 датскими семьями с 1960 по 1994 год. В среднем 51,2% первенцев были мальчиками — ожидаемое соотношение. Однако в семьях, где уже были сыновья, вероятность рождения еще одного была значимо выше ожидаемой. В семьях с тремя сыновьями четвертый рождался с вероятностью 52,4%. Эффект невелик, и, чтобы его обнаружить, понадобилось проанализировать большую выборку. Семей с четырьмя детьми набралось 31 595. Причину этого явления ученые объяснить не смогли, а комментаторы настоятельно советовали им обратить внимание на социально-экономические факторы, могущие повлиять на соотношение полов, такие как питание, сексуальное поведение или возраст родителей.

В некоторых семьях существует явная предрасположенность к рождению дочерей. Российский биолог Михаил Давидович Голубовский, работающий сейчас в Калифорнийском университете (Беркли, США), обратил внимание на необычную особенность многодетных семей династии Романовых. В нескольких поколениях этой династии после появления на свет первой девочки рождалось подряд еще три-четыре. Причем склонность к повторному рождению девочек зависела от генотипа отца. Рождение как минимум четырех девочек подряд М. Д. Голубовский назвал F-тетрадой (от слова femail — ‘женщина’). Рождение четырех дочерей подряд статистикой не возбраняется, вероятность такого события составляет 1/16 (6,25%), но случай с семьей Романовых интересен тем, что «обоймы» дочерей появлялись из поколения в поколение.

Впервые это явление обнаружилось у царя Алексея Михайловича. В браке с Марией Милославской у него родилось 13 детей: сын, две дочери, сын, четыре дочери, сын, дочь, два сына и дочь. У сына Алексея Михайловича Ивана V было пять дочерей, детей мужского пола не было. Сыну от второго брака, Петру I, жена Екатерина родила 11 детей: двух мальчиков, пять девочек, еще двух мальчиков, девочку и мальчика. У следующего многодетного Романова, Павла I, было два сына, шесть дочерей и два сына. У императора Николая Павловича родились сын, пять дочерей, два сына; у его брата Михаила Павловича — пять дочерей. Александр II имел восемь детей, Александр III — шесть, но F-тетрад среди них не было. У Николая II родились подряд четыре дочери, затем сын. Поскольку фактор F-тетрады унаследовали сыновья Алексея Михайловича от разных браков, на его проявление, безусловно, влияет генотип отца. Но он передается и по женской линии, так как Павел получил его через дочь Петра I Анну. Свойственна ли F-тетрадная аномалия женщинам дома Романовых, судить трудно, для этого недостаточно данных.

Портрет императора Павла I с семьей работы Герхарда фон Кюгельгена. У императора Павла Петровича после двух сыновей родилось шесть дочерей подряд. Пятая дочь, Ольга, умерла в два с половиной года, о ней напоминает мраморная головка на заднем плане. Слева старшие сыновья, Александр и Константин, на переднем плане — младшие, Николай и Михаил (с барабаном)

Объяснить механизм возникновения F-тетрад трудно. Поскольку аномалия обычно возникает после рождения первой девочки, М. Д. Голубовский предположил, что при вынашивании женского плода репродуктивная система матери настраивается таким образом, что при последующих беременностях отторгает либо Y-содержащие спермии, либо мужские эмбрионы на ранних стадиях развития.

Но есть и другие данные. В 2019 году Международная группа исследователей под руководством статистика из Каролинского института Ральфа Куйя-Халколы проанализировала данные о 3 543 243 шведах и их 4 753 269 детях, родившихся после 1932 года, и проверила связь между полом потомства братьев и сестер. Ученые пришли к выводу, что наследуемость соотношения полов равна нулю, поэтому принцип равных инвестиций Фишера и подобные ему гипотезы не объясняют соотношение полов в потомстве человека.

Очень трудно доказать, что чего-то нет, и Геллатли продолжил работать со своей моделью. Он предположил, что на соотношение полов влияет количество замещающих рождений, то есть ситуаций, когда женщина рождает ребенка взамен умершего. Если бы он не умер, она бы рожать не стала. Ученый использовал данные 290 обследований, проведенных в 81 развивающейся стране и охвативших более 9 миллионов рождений. Из этого массива он выбрал женщин старше 40 лет, закончивших репродукцию, и проанализировал зависимость общего числа детей от количества детей, умерших до десятилетнего возраста. Эти данные учитывают более 2,5 миллионов рождений и порядок появления детей на свет.

Оказалось, что чем больше женщина теряет, тем больше рожает (см. таблицу). Замещающие рождения не зависят от пола умершего, однако сдвигают равновесие в направлении пола, который чаще умирает. Анализ показывает, что детская смертность выше у мальчиков. Отцы умерших сыновей с большей вероятностью имели «сынородный» генотип и потому, замещая потерянного ребенка, скорее всего, произведут на свет мальчика же и передадут ему свои гены. Это приводит к увеличению частоты аллеля m в популяции, и соотношение полов при рождении смещается в мужскую сторону.

Таблица. В развивающихся странах количество умерших и рожденных детей в семье взаимосвязано

Дети, не дожившие до 10 лет	Количество рожденных детей
0	4,78
1	6,26
2	7,40
3	8,32
4	9,04

Нельзя, правда, исключить, что многодетные семьи — это самые бедные семьи, и контрацепция им недоступна. Они просто рожают, сколько Бог пошлет, а чем больше детей, тем тяжелее их растить, и потому они чаще умирают. Геллатли сам это отмечает.

Но если для родителей смерть ребенка становится основанием к рождению следующего, интересно понять, зачем они это делают: то ли у них есть инстинктивная или эмоциональная потребность восполнить потерю, то ли смерть ребенка освобождает время и ресурсы, необходимые для поднятия еще одного? Так в статистические выкладки вмешивается человеческое желание.

Собиратели купонов

Профессор Мичиганского университета Цзяньчжи Чжан и его аспирант Эрпин Лун искали доказательства генетического влияния на вероятность рождения девочки или мальчика. Делали они это, анализируя данные Биобанка Соединенного Королевства (UK Biobank). Эта база данных содержит информацию примерно о полумиллионе добровольцев от 40 до 70 лет, набранных в 2006–2010 годах по всей Великобритании. Ученые собирают информацию о состоянии их здоровья, геномных последовательностях, социально-экономическом статусе, составе семьи. В том числе указано количество братьев и сестер участников. Данные Биобанка находятся в свободном доступе.

Профессор Чжан с коллегой отобрали сведения о более чем 330 тысячах людей, родившихся между 1940 и 1970 годами. Ход их рассуждения следующий. Если соотношение полов предопределено генетически, вероятность рождения мальчиков (P_boy) в разных семьях должна быть разной. Однако детей в семье обычно немного, поэтому точно измерить P_boy нельзя, но можно вычислить, насколько она различается в разных семьях. Чем больше эти различия, тем значительнее межсемейная разница P_boy.

Ситуация, когда в семье четверо или пятеро детей, не редкость. Состав этих семей можно рассчитать. Например, в случае четверых детей вероятность того, что в семье будут только мальчики или только девочки, составляет 6,25%, возможность рождения трех сыновей и одной дочери (или трех дочерей и сына) — 25%, шансы, что мальчиков и девочек будет поровну, равны 37,5%. Однако фактические данные с ожидаемыми не совпали. Семей, в которых есть только дочери или только сыновья, оказалось существенно меньше.

По мнению исследователей, дело в том, что родители предпочитают иметь детей обоего пола. Как только в семье появляются и дочери, и сыновья, родители прекращают воспроизводство. В теории вероятностей эта ситуация описана как проблема собирателя купонов. Допустим, в каждую упаковку хлопьев кладут купон (картинку). Собиратель покупает эти хлопья, пока не скопит всю серию, а затем теряет к ним интерес. Подобное поведение по отношению к детям делает соотношение полов в семье более однородным и искажает ожидаемое распределение.

Эту гипотезу подтверждают результаты крупномасштабного исследования, проведенного в 2004–2005 годах в 24 европейских странах. Многие европейцы предпочитают иметь и сыновей, и дочерей. Согласно другим исследованиям, проведенным в Дании, Швеции и Финляндии, рождение третьего ребенка в этих странах вероятнее, когда двое первых одного пола, чем когда они разнополые.

Вернемся к британцам. Расчеты показывают, что тактики собирателя купонов придерживаются не все исследованные семьи, а только 3,3%. В этой выборке больше семей с одним или несколькими мальчиками и одной девочкой или с несколькими девочками и всего одним мальчиком, чем при случайном ожидании. Причем родители стали регулировать состав семьи после 1955 года.

Конфуций (551–479 до н. э.) появился на свет лишь потому, что в китайской семье непременно должен быть сын, приносящий жертвы предкам. В первом браке у отца Конфуция родилось девять дочерей, во втором — хромой мальчик, а калекам запрещено совершать жертвоприношения. Конфуций, дитя отчаяния, родился от третьей жены, когда его отцу было уже 70 лет

Подобное поведение характерно не только для британцев. Чжан и Лун обратились к голландской базе данных, которая содержит сведения о 241 тысяче семейств с 1600 по 1999 год. Ученые выбрали 12 547 семей, в которых младший ребенок родился между 1940 и 1970 годами, как в UK Biobank. В этих семьях, как и в британских, после 1940 года приступили к «собиранию купонов».

Анализ имеющихся данных свидетельствует о том, что детей обоего пола хотят иметь более трех процентов семей. На самом деле таких семей должно быть существенно больше, потому что на репродукцию влияет не только желание. Если родители не могут себе позволить иметь много отпрысков, они останавливаются, так и не достигнув поставленной цели.

Поведение собирателя купонов возникло с появлением в обществе идеи равенства полов, а развитие современных методов контрацепции помогло реализовать такое поведение, то есть прекратить размножение, когда цель достигнута.

Наиболее вероятное количество детей в семьях собирателей купонов — три, среднее количество детей в британской семье — 1,7. В этой связи было бы интересно выяснить, не показывает ли снижение рождаемости, что над желанием иметь детей обоего пола преобладают другие интересы. Для этого надо проводить опросы семей более молодых, чем в британском Биобанке.

И если речь зашла о желаниях, то иметь дочерей хочется далеко не всем. По данным европейского опроса, в странах, где пожилым людям угрожает бедность, родители, особенно мужчины, предпочитают сыновей. В странах с гендерным неравенством сыновей предпочитают оба родителя. Несколько лет назад сотрудники Пешаварского госпиталя расспросили замужних пациенток детородного возраста о желании иметь сыновей и дочерей и реальной демографической ситуации в их семьях. Пакистанцы хотят сыновей (некоторые — бесконечное число сыновей), и примерно пятая часть опрошенных не согласна даже на одну дочь. Чем менее образованны женщины и их мужья и чем они беднее, тем сильнее у них перекос в сторону сынолюбия. Именно на сыновьях лежит обязанность содержать родителей в старости, а дочерей надо выдавать замуж. Брак девушки стоит очень дорого, невесте полагается приданое, а сыновья, женившись, оказываются в прибыли.

Нередко, когда во время дородового сканирования выявляется «не столь желанная» дочь, беременность прерывают, и аборты следуют один за другим до тех пор, пока не зачат «гораздо более желанный» сын. Неродившиеся девочки в Азии гибнут миллионами. Иммигранты из Китая, Индии, Филиппин, Кореи и Вьетнама не отказываются от этих привычек, перебравшись в США или Канаду.

Одна вторая

Современная медицина позволяет людям корректировать пол потомства. Это чистый произвол, позволяющий преодолеть и генетический контроль, и суровую теорию вероятностей. Быть может, родители не всегда осознают свои желания, однако беспристрастный статистический анализ делает их явными. Соотношение полов можно контролировать разными способами. По данным, которые не всегда подтверждаются, на рождение мальчика влияют сложение, возраст и обеспеченность родителей, частота половых актов и уровень тестостерона в женском организме. А если не хочется вникать в эти тонкости, положитесь на статистику. Вероятность рождения ребенка желанного пола достаточно велика — одна вторая.

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435827/Malchiki_i_devochki_sootnoshenie_polov_i_umozritelnaya_genetika