Научный блог. Генетика сексуальной ориентации
Сексуальная ориентация — обусловлена ли она генетикой? Насколько однополые связи естественны для животных? Чем гомосексуализм может быть полезен для популяции?
Об этом с опорой на научные источники рассказывает биоинформатик, популяризатор науки, соавтор блога @lab.mouse Анна Иванова.
Я впервые сделаю выводы до самого текста, в котором будет проведен анализ имеющихся на сегодняшний день научных исследований. Почему? Есть опасения, что кто-то все же прочтет в тексте то, чего там нет. Или не прочтет вовсе. Или зацепится за одну конкретную фразу и пропустит все остальное. Иными словами, в этом реально важном вопросе, на кону которого стоят человеческие жизни, я не хочу дать ни единого шанса понять выводы неверно.
К делу.
— На сегодняшний день не обнаружено конкретного гена, который бы отвечал за сексуальную ориентацию человека.
— Однако достоверно обнаружены участки генома, которые ассоциированы с ней.
— Генетические факторы вносят весомый вклад в развитие сексуальной ориентации. Причем для мужчин сильнее, чем для женщин.
— Направленное на свой пол сексуальное влечение части особей эволюционно выгодно для популяции в целом. Это следует из того, что данные мутации прошли через миллионы лет естественного отбора и сохранились практически для всех видов животных.
— Ни одно животное, за исключением человека, не «бракует» представителей своего вида за влечение к особи своего пола.
Теперь по порядку.
Сексуальное влечение к особи своего вида наблюдается у множества животных1. Одним из ярких таких примеров можно назвать домашних овец. До 10% самцов предпочитают спариваться исключительно со своим полом.
Но часто речь не только о спаривании с партнером своего пола, но и о совместной заботе о детенышах. Такое поведение наблюдается, например, среди пингвинов. Известной на весь мир стала пара антарктических пингвинов-самцов из Нью-Йоркского зоопарка. Они не только образовали стабильную пару, но и успешно совместно высидели подложенное им яйцо.
Примерно четверть всех пар черного лебедя образована двумя самцами. Часто такие пары лебедей крадут гнезда с яйцами у гетеропар. Или образуют временные тройки с самками, а затем выгоняют самку, когда она отложила яйца.
Самцы такой пары проводят совместное время, охраняют общую территорию, проводят все положенные церемонии друг перед другом. Но, что самое интересное, у таких пар детеныши чаще доживают до взрослого возраста и сами могут дать потомство, ведь пара из двух самцов может их лучше защитить в период роста. 
То же самое известно и о парах самцов фламинго.
Таким образом, их «нестандартное» поведение дает преимущество для популяции в целом, а потому «выгодно» эволюции.
Но более того: если два отца заботились о детеныше, имеющем гены одного из них, то они повысили шансы передать эти гены и дальше. В том числе гены, ассоциированные с особенностями их сексуального поведения.
По ссылке можно найти список из более чем 150 наименований одних только птиц: среди них совы, дятлы, страусы, утки — для которых описано гомосексуальное поведение.
Среди млекопитающих примеров тоже очень много. Одни только бутылконосые дельфины чего стоят. Среди них гомосексуальное поведение очень распространено как среди пар самец — самец, так и среди пар самка — самка.
Среди слонов отношения между самцом и самкой могут быть краткими и только с репродуктивной целью. А вот отношения между двумя самцами иногда могут длиться годами. Такое поведение наблюдается и в дикой природе, и в неволе. Известно, что в зоопарках 45% слонов предпочитают партнера своего пола.
Но давайте посмотрим на тех, кто стоит совсем рядом с человеком, — на приматов. А среди них нет у нас на планете родственников ближе, чем шимпанзе и гориллы.
Если определенным образом подсчитать различия в геномах между человеком и шимпанзе и человеком и другим человеком, то можно найти таких двух людей на земле, что они будут генетически больше отличаться друг от друга, чем средний геном человека отличается от генома шимпанзе.
Шимпанзе бонобо имеют крайне сложное социальное поведение, в основе которого лежит поведение сексуальное2. Представители этого вида лучше всех человекообразных на планете поняли смысл фразы Make love not war: агрессию в своем поведении они почти полностью заменили сексом и используют его как «оружие» примирения, разрешения конфликта, принятия в семью и т. д.
Матриархальное общество бонобо при помощи гомосексуальных связей между самками обеспечивает лучшую защиту детенышей и других самок, каждая из которых слаба по отдельности против самца, но вместе с другими самками — сила.
С точки зрения же эволюции это выгодно не только из-за лучшей опеки над детенышами, но и за счет обеспечения генетического разнообразия вида! Дело в том, что молодые самки одной семьи (вместе со своими генами) присоединяются к чужим семьям, а актом принятия в новую семью является скрепляющий семейные отношения секс с другими самками.
Среди самцов бонобо также наблюдаются сексуальные игры друг с другом. Это тоже норма.
Аналогично и другая наша близкородственная ветвь — гориллы. Для укрепления социальных связей они практикуют однополые отношения как между самцами, так и между самками.
Эти и многие другие наблюдения дали ученым основания полагать, что у ориентации есть не только социальные, но и биологические обоснования, которые выдержали миллионы лет естественного отбора. А значит, давали эволюционные преимущества особям, практикующим такое поведение.
В поисках биологического объяснения этого вопроса было проведено немало опытов на мышах и дрозофилах, которые показали, что манипулировать сексуальным влечением к представителям своего пола можно, изменяя гены, отвечающие за выработку гормонов эстрогена и серотонина1.
Но а что же люди? «Отключать» или изменять гены с целью проверки теорий на людях запрещено.
А еще запрещено, но, наверное, было бы здорово иметь двух полностью идентичных клонов, поместить их в разные условия и посмотреть, что получится… Но постойте! У нас же такие есть: называются монозиготные близнецы. Такие близнецы получаются, когда на ранних эмбриональных стадиях одна оплодотворенная яйцеклетка разделяется на несколько. Получившиеся дети будут иметь полностью одинаковый геном, потому таких близнецов называют идентичными.
Бывают и дизиготные близнецы, они же не идентичные. Такие близнецы происходят от двух параллельно оплодотворенных разными сперматозоидами яйцеклеток. Дети из них получатся с разными геномами и могут быть похожи не больше, чем два обычных брата или сестры похожи между собой. Однако воспитываются с пеленок и далее они в одинаковых условиях, то есть можно исключить факторы различного воспитания или социальных условий.
Исследования на парах идентичных и неидентичных близнецов — близнецовые исследования — очень важны для науки.
В 2008 году ученые опросили близнецов, родившихся в Швеции с 1959 по 1985 год и до сих пор живущих там же3.
Получилось 11 229 мужчин и 14 096 женщин. В этом исследовании проверяли не только сексуальность, но и другие вещи, поэтому вопросов было задано много, не все ответы были обязательными.
Конечно, никто не спрашивал в лоб: «Какой вы ориентации?» Вопросы были об однополых партнерах, с которыми у опрашиваемого были сексуальные связи на протяжении всей жизни.
Ответы о количестве однополых партнеров были получены от 7231 мужчины (64,4% респондентов) и 10 676 женщин (75,7%).
Среди них 5,6% мужчин (407 из 7231) и 7,8% женщин (835 из 10 676) на протяжении жизни имели хоть раз связь с партнером своего пола.
Из этого числа исключили те пары близнецов,
— где невозможно оказалось точно установить зиготность (напомню, 2008 год, генетический анализ стоит как самолет);
— где второй близнец не ответил на соответствующие вопросы;
— разнополые пары близнецов.
В итоге осталось 7652 близнеца: 2320 монозиготных (MZ) пар (807 мужчин и 1513 женщин) и 1506 дизиготных-однополых (DZ) пар (517 мужчин и 989 женщин).
Исследование показало, что вклад наследуемости (то есть генетики) в ориентацию у мужчин составляет от 34% до 39%, факторы окружающей среды из тех времен, когда они жили вместе (например, когда были детьми), не влияют вообще никак. А факторы уже раздельной жизни определяли оставшиеся 66–61%.
Для женщин картина оказалась немного иная: 18–19% вклада в ориентацию женщины — это генетические факторы, 64–66% факторы окружающей среды из взрослой раздельной жизни. А вклад условий, когда сестры-близнецы жили под одной крышей, — 16–17%.
Давайте сделаем первые выводы.
Влияние генетики на ориентацию определенно есть, причем для мальчиков оно сильнее, чем для девочек
Шли годы, развивались и дешевели лабораторные методы. В 2015 году группа ученых сделала предположение, что на сексуальную ориентацию могут влиять не только генетические, но и эпигенетические механизмы4.
Что такое эпигенетика? Это химическая модификация молекулы ДНК без изменения самой ее последовательности. То есть буквы и их порядок в геноме остаются теми же, но что-то перестает считываться или, наоборот, начинает.
Зачем нам такие механизмы? Помним, что в каждой клетке тела лежит одинаковая ДНК, но клетки печени и нервные клетки при этом выглядят совершенно по-разному. Это произошло потому, что каждая из них читала с ДНК только нужные ей инструкции — гены. То, что нужно читать, а что пропустить, определяют специальные химические метки — их и называют эпигенетическими.
Два идентичных близнеца имеют совершенно одинаковый геном. Но с годами жизни они все равно будут различаться, так как на эпигенетику влияет и окружающая среда.
Все мы начинаемся с одной клеточки, которая затем многократно делится. Обычно в исходной клетке все эпигенетические метки отсутствуют — они встанут по местам на определенной стадии развития организма, когда клеткам понадобится специализироваться. Но иногда бывает, что некоторые метки все же передаются по наследству.
Исследователи4 изучили метилирование (присоединение метильной группы — CH3) определенных участков ДНК у 37 пар идентичных близнецов мужского пола, в которых один близнец был гомосексуален, а другой — гетеро, и 10 пар близнецов, в которых гомосексуальны были оба близнеца.
Исследовав 140 000 областей в геноме, они обнаружили пять таких, где картина метилирования выглядит тесно связанной с сексуальной ориентацией. Затем на основе своих данных построили модель, которая предсказывала сексуальную ориентацию. Модель оказалась почти на 70% точной (на данных из этой группы).
Несомненно, исследование было проведено на слишком маленькой группе людей, а к методам его оценки и построению эксперимента у меня (как у математика) есть свои вопросы. Но все же на определенные размышления наводит и эта статья: некий вклад в сексуальную ориентацию могут вносить и такие механизмы. Подождем дальнейших исследований.
В 2017 году другая группа ученых провела полногеномное секвенирование и анализ результатов для выборки, которая включала 1077 гомосексуальных мужчин и 1231 гетеросексуального. Все испытуемые были преимущественно из Европы. Алгоритмы искали в их геномах однобуквенные замены5. На 13-й и 14-й хромосомах были найдены такие однонуклеотидные замены, которые, похоже, связаны с развитием сексуальной ориентации.
Многое из обнаруженного этой группой ученых подтверждалось и данными исследований других групп. Например, на хромосоме 13 вновь «поднял руку» работающий в основном в промежуточном мозге ген, который участвует в развитии нервной системы. Ранние работы уже сообщали, что этот ген различается у мужчин с разной ориентацией.
Согласованность данных от разных независимых исследовательских групп очень важна. Это позволяет науке быть максимально беспристрастной. Одна-единственная статья, сколь громкое заявление в ней бы ни было озвучено, не несет большой ценности для науки.
В 2019 году, когда стоимость секвенирования упала еще ниже, стало возможным проведение еще более крупномасштабных исследований.
И вот новая группа изучила уже 493 001 человека из США, Великобритании и Швеции6–7. Они также искали гены, связанные с сексуальной ориентацией.
И обнаружили пять участков в геноме, которые связаны с однополым сексуальным поведением. То есть, как и большинство наших признаков (от цвета глаз до длины носа), такие поведенческие черты являются полигенными.
Иными словами, в очередной раз подтвердилось: генов ориентации нет, а вот участки в геноме, которые совместно ассоциированы с развитием того или иного сексуального поведения, есть, и определены они достаточно достоверно. Гены в этих участках отвечают, например, за производство половых гормонов.
Обнаруженные однобуквенные замены не позволяют однозначно предсказать ориентацию человека, но уже сегодня понятно, что их «вклад в ориентацию» составляет от 8% до 25% в разных случаях.
Давайте подведем итоги.
— Считать гомосексуальность неестественной невозможно, так как она практикуется множеством животных (в том числе самыми близкими к человеку — человекообразными обезьянами).
— Считать ее бесполезной или вредной для общества тоже нельзя, так как она выдержала эволюционный отбор, предоставляя популяциям преимущества.
— Считать, что это болезнь или отклонение, также нельзя, так как мы не называем болезнью иной цвет глаз или кожи, который генетически кодируется примерно также.
— Считать, что от просмотра «плохих примеров» ваш ребенок тоже «испортится», как минимум странно. Вряд ли лебедям или пингвинам демонстрировали кинофильмы о пользе однополого партнерства, и это толкнуло их на «скользкую дорожку» отказа от самок. Факторы среды, как выяснилось, играют роль для человека, но не правят балом — маловероятно, что их вклад реализуется без генетических предпосылок.
Спасибо, что дочитали до конца. Надеемся, этот обзор показался вам важным, а возможно, что-то изменил в ваших мыслях.
Мы надеемся на взаимно уважительное общение в комментариях (и настаиваем на нем).
Источник: блог автора.
Анна Иванова, биоинформатик, магистр по специальности интеллектуальный анализ больших данных (профиль: анализ медицинских данных и биоинформатика). Соавтор блога @lab.mouse.
Мария Макарова, иллюстратор, соавтор блога @lab.mouse.
Сноски:
¹ https://en.wikipedia.org/wiki/Homosexual_behavior_in_animals — как источник ссылок на статьи по каждому из указанных фактов.
² https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B1%D0%BE
³ Långström, Niklas & Rahman, Qazi & Carlström, Eva & Lichtenstein, Paul. (2008). Genetic and Environmental Effects on Same-sex Sexual Behavior: A Population Study of Twins in Sweden. Archives of sexual behavior. 39. 75-80. 10.1007/s10508-008-9386-1.
⁴ Balter, M. (2015). Can epigenetics explain homosexuality puzzle? Science, 350(6257), 148–148. doi:10.1126/science.350.6257.148 (https://doi.org/10.1126/science.350.6257.148).
⁵ Sanders, A. R., Beecham, G. W., Guo, S., Dawood, K., Rieger, G., … Martin, E. R. (2017). Genome-Wide Association Study of Male Sexual Orientation. Scientific Reports, 7(1). doi:10.1038/s41598-017-15736-4 (https://doi.org/10.1038/s41598-017-15736-4).
⁶ Large-scale GWAS reveals insights into the genetic architecture of same-sex sexual behavior / Andrea Ganna, Karin J. H. / Science 30 Aug 2019 /DOI: 10.1126/science.aat7693.
⁷ How do genes affect same-sex behavior? / Science / 10.1126/science.aay2726 / Mills, Melinda C./ 2019.08.30 / http://science.sciencemag.org/content/365/6456/869.abstract.