Биологические аспекты половой дифференциации

Вопрос о том, почему получаются мальчики и девочки, интересовал человечество давно, но тайна появления ребенка определенного пола была раскрыта лишь во второй половине XX в. с помощью генетиков.

 

Как известно, носителем наследственных свойств является хромосомный аппарат. В каждой клетке человека находится 23 пары хромосом - 22 пары так называемых аутосом, одинаковых у мужчин и женщин, и одна пара половых хромосом, которая у них различается. У женщин это две X-хромосомы (паттерн XX), у мужчин одна X - и одна Y - хромосомы (паттерн XY), т. е. мужской генетический пол является гетерогаметным, а женский - гомогаметным.

 

В процессе созревания каждая половая клетка утрачивает половину своего хромосомного набора (остается лишь по одной хромосоме из каждой пары). Зрелая мужская половая клетка - сперматозоид - содержит 22 аутосомы и одну половую хромосому - X или Y. Женская половая клетка - яйцеклетка - содержит 22 аутосомы и одну половую хромосому, всегда X. При слиянии яйцеклетки со сперматозоидом восстанавливается полный набор хромосом - по 22 пары аутосом и пара половых хромосом. Однако пары половых хромосом могут быть разными. Если яйцеклетка оплодотворяется X-сперматозоидом, то в зародышевой клетке (зиготе) образуется пара из двух X-хромосом, т. е. женская, и тогда в дальнейшем развитие плода идет по женскому типу. Если же яйцеклетка оплодотворяется Y-сперматозоидом, то в зиготе образуется мужская пара половых хромосом и развитие плода идет по мужскому типу.

 

Различия в быстроте развития мужского и женского организмов видны уже на стадии эмбриона. У девочек развитие скелета идет быстрее. После рождения они на 1-2 недели опережают мальчиков в формировании костей. В то же время по длине и весу мальчики при рождении больше девочек на 2-3 % (J. Tanner, 1978).

 

О целесообразности наличия двух полов говорят многие ученые. Например, В.А. Геодакян (1965, 1972) видит целесообразность наличия двух полов в их специализации по двум главным альтернативным направлениям эволюционного процесса: консервативному (сохранение свойств вида) и прогрессивному (приобретение видом новых свойств). Мужской пол реализует «прогрессивную» тенденцию, а женский - «консервативную», обеспечивая неизменность потомства от поколения к поколению. Женский пол филогенетически более устойчивый (ригидный), но зато онтогенетически более пластичный. Мужской пол - филогенетически менее устойчивый (более пластичный), но онтогенетически ригидный. Мужской пол - это передовой отряд популяции, берущий на себя функцию столкновения с новыми условиями существования. Если они достаточно сильны, то формируются новые генетические тенденции, которые могут быть переданы потомству.

 

Концепция В.А. Геодакяна хорошо согласуется с большими потерями мужской популяции. Ведь попадание в новую, неизвестную ранее среду при поисковой активности самцов непременно связано с нарушением гомеостаза и с риском гибели. Однако это не «пугает» природу. Ведь реально количество потомков зависит не от самцов, а от самок, от того, какое количество детей они способны воспроизвести. Это означает, что гибель большого числа самцов может слабо отразиться на числе потомства, тогда как гибель самок способна заметно снизить численность популяции.

 

Теория функционализма (взаимодополнительности двух полов) также подчеркивает положительную функцию дифференциации половых ролей. Придерживающиеся этой теории считают, что в современной семье супруги выполняют две различные роли: инструментальную и экспрессивную.

 

Инструментальная роль, выполняемая мужчиной, состоит в поддержании связи между семьей и внешним миром; это работа и обеспечение семьи. Экспрессивная роль, выполняемая женщиной, проявляется в установлении гармонии и внутреннего эмоционального климата семьи; она связана в первую очередь с заботой о детях и выполнением домашних дел.

 

Морфологические различия между лицами мужского и женского пола. В первые три года жизни существенных различий по длине и массе тела, а также по окружности грудной клетки нет. Мальчики немного превосходят девочек в длине тела - до 10 лет, а в массе - примерно до 8, 5 лет. Однако в связи с более ранним (на 1-1, 5 года) началом полового созревания у девочек они начинают превосходить мальчиков в длине тела (с 10 до 13 лет) и в массе (с 9 до 14 лет). После 12 лет у девочек снижаются темпы увеличения роста, а с 14 лет - и темпы увеличения массы тела. У мальчиков же в этот период физическое развитие протекает весьма интенсивно. В результате в 17 лет масса тела юношей превышает таковую девушек на 12 %, а рост и окружность грудной клетки - на 9 %. Формируются мужские пропорции тела: широкие плечи и спина, таз существенно уже, чем плечи, сравнительно длинные конечности, центр тяжести находится выше пояса, тогда как у женщин - ниже. Мышечная ткань у мужчин развита значительно лучше, чем жировая, в связи с чем хорошо выражен обычно и рельеф мышц.

 

Большие темпы роста и созревания девочек по сравнению с мальчиками можно объяснить тем, что в крови первых имеется большая концентрация гормона роста - соматотропина, чем в крови вторых.

 

Правда, надо отметить, что все приведенные данные не учитывают тип телосложения детей, который может внести в темпы развития мальчиков и девочек существенные коррективы.

 

Несмотря на то что у взрослых женщин соматотропина в крови больше, чем у мужчин, они уступают мужчинам по физическому развитию. Связано это с тем, что на физическое развитие влияют и мужские половые гормоны (андрогены), которых у мужчин после полового созревания становится значительно больше, чем у женщин, и которые, по мнению некоторых ученых, не только сами влияют на развитие организма, но и усиливают продуцирование соматотропина. Во всяком случае, андрогены даже в качестве синергистов усиливают действие соматотропина у мужчин в гораздо большей степени, чем у женщин.

 

Женщины обладают меньшей длиной (в Европе - в среднем на 12 см) и массой тела (в среднем - на 10-15 кг), менее сильным связочным аппаратом, более узкими плечами, короткой и широкой грудной клеткой, широким и ниже расположенным тазом (что обусловливает более низкое расположение центра тяжести), более длинным туловищем со сравнительно более короткими конечностями (на 10 %). У мужчин рост тела заканчивается в 25-32 года, у женщин - в 17-18 лет.

 

У лиц мужского пола мышечная (активная) масса тела больше, чем у лиц женского пола. Эти различия начинают проявляться уже у маленьких детей, когда после первого увеличения жировых отложений в возрасте от 0 до 6 месяцев они начинают уменьшаться явно заметнее у мальчиков, чем у девочек. В подростковом возрасте у мальчиков эта тенденция сохраняется, а у девочек опять начинается рост подкожного жирового слоя.

 

У взрослых мужчин мышечная масса составляет около 40 % веса тела (в среднем, около 30 кг), а у женщин - около 30 % (в среднем 18 кг). При этом скелетные мышцы женщин состоят в основном из медленных мышечных волокон (т. е. сокращаются медленнее, чем быстрые мышечные волокна), что биологически целесообразно в связи с затяжными родами и необходимостью длительного натуживания. Жировая ткань, наоборот, больше развита у женщин (вследствие врожденной способности более эффективно вырабатывать жировые вещества). В среднем у женщин она составляет 25 % от веса тела, а у мужчин - 15 %. Абсолютное количество жира у женщин больше, чем у мужчин, на 4-8 кг. Поскольку жировая ткань почти не содержит воды, общее содержание воды в теле у женщин меньше, чем у мужчин.

 

Эти особенности телосложения имеют биологический смысл. Широкий таз - это защитное костное кольцо для внутренних половых органов и для ребенка в период его внутриутробного развития, женский таз более глубокий и больше по емкости, он обеспечивает широкий родовой путь. У женщин больше относительная длина позвоночного столба, более широкие, чем у мужчин, межсуставные щели и лучше растяжимость заполняющей их хрящевой прослойки, что создает условия для большей гибкости. Меньшая длина ног и низкое расположение центра тяжести тела обеспечивают устойчивость тела при беременности. У женщин имеется характерная постановка головки и шейки бедра: они располагаются под прямым углом к бедренной кости. Это обеспечивает большую амплитуду движений в тазобедренном суставе. Большая жировая прокладка служит защитой внутренних органов от ударов и придает телу женщин округлые формы. Кроме того, доказано, что жировая ткань является активным гормональным органом, в котором происходит синтез эстрогенов, определяющих все фемининные качества.

 

В то же время преобладание мышечной массы у мужчин имеет значение для их маскулинизации, так как в мышцах происходит метаболизм андрогенов.

 

Таким образом, половой диморфизм размеров тела и его строения у взрослых может объясняться:

а) наличием постнатальных градиентов созревания,

б) различной длительностью препубертатной стадии влияния соматотропина,

в) различиями в механизме воздействия андрогенов и эстрогенов на костную систему.

 

В целом девочки от рождения ближе к своим дефинитивным пропорциям, в препубертате несколько обгоняют мальчиков в росте, пубертатный скачок у них наблюдается раньше и менее интенсивен. По темпам морфологического развития девочки опережают мальчиков, однако это не обусловливает их преимущество в абсолютных морфологических показателях, которое с каждым годом все больше увеличивается в пользу мальчиков.

 

Физиологические половые различия. Девочки быстрее мальчиков продвигаются к своему взрослому статусу, как по морфологическим параметрам, так и по физиологическим функциям. Сохраняется в отношении развития физиологических функций и другая закономерность онтогенетического развития: с каждым годом различия между мальчиками и девочками увеличиваются в пользу первых.

 

Мальчики на 2-3 месяца позже, чем девочки, начинают ходить, и на 4-6 месяцев позже - говорить. Однако сроки моторного развития мальчиков и девочек грудного возраста во многом зависят от типа телосложения.

 

Данные по сердечно-сосудистой системе показывают, что в дошкольном и младшем школьном возрасте темпы развития девочек выше, чем мальчиков. Если у мальчиков наиболее координированная деятельность сердца и гемодинамики наблюдается в 11-12 лет, то у девочек такие взаимоотношения имеют место в 7-8 и 10 лет (Р.А. Калюжная, 1983).

 

Имеются данные, что у женщин все же меньше основные параметры гемодинамики: объем сердца - на 100-200 мл, его вес - на 50 г, систолический объем - на 30-40 %, минутный объем - на 10-15 % (несмотря на большую, чем у мужчин, частоту сердцебиений в покое - на 6-8 уд/мин), масса циркулирующей крови - на 1, 2 л, содержание гемоглобина в крови - на 1, 5 г%.

 

В то же время лица женского пола от рождения обладают рядом врожденных преимуществ, в частности большей эластичностью кровеносных сосудов. Женщины могут терять большее количество крови, чем мужчины. Например, потеря 1 л крови для мужчины нередко является смертельной, в то время как женщина перенесет эту потерю без переливания крови.

 

И.А. Корниенко (1979) показано, что у девочек во всех возрастах (с 5 до 11 лет) энергообмен покоя ниже, чем у мальчиков.

 

Емкость анаэробных энергетических систем (АТФ, КФ, гликоген) у женщин ниже, чем у мужчин, что связано не с меньшей концентрацией этих энергоисточников в мышцах (она у мужчин и женщин примерно одинаковая), а, прежде всего, с меньшей мышечной массой у женщин. Отсюда и более низкая работоспособность женщин в кратковременной интенсивной работе.

 

До периода полового созревания, когда различия в размерах и составе тела между мальчиками и девочками минимальны, максимальное потребление кислорода (МПК) почти одинаково. У молодых мужчин МПК в среднем на 20-30 % больше, чем у женщин. По мере старения различия в МПК между мужчинами и женщинами становятся меньше.

 

Однако среди мужчин и женщин одного возраста наблюдаются значительные индивидуальные вариации в величинах МПК. У физически более подготовленных женщин МПК такое же, как у физически плохо развитых мужчин.

 

Более низкое МПК у женщин обусловлено тем, что максимальное количество кислорода, которое может переноситься из легких в ткани, у женщин меньше, чем у мужчин. Это различие связано с меньшим у женщин количеством эритроцитов, а, следовательно, и гемоглобина, меньшим объемом циркулирующей крови (600 мл против 800 мл у мужчин), меньшим объемом сердца и полостей желудочков, меньшим систолическим объемом.

 

В то же время до периода полового созревания концентрация гемоглобина в крови у мальчиков и девочек почти одинаковая.

 

По данным Т.Д. Кузнецовой (1983), до 12 лет половые различия по величине легочных объемов выражены слабо. Это объясняется тем, что прирост объема дыхания у девочек с 6 до 14 лет выше, чем у мальчиков того же возраста, и в результате величина объема дыхания девочек практически становится равной таковой мальчиков.

 

У взрослых женщин частота дыхания больше, чем у мужчин, а глубина меньше; вследствие этого жизненная емкость легких (ЖЕЛ) у женщин в среднем меньше на 1 л, чем у мужчин, а максимальная легочная вентиляция - на 30 %. Таким образом, с возрастом половые различия по жизненному объему легких увеличиваются. Так, в раннем детстве у мальчиков он в среднем выше на 7 %, чем у девочек, а в зрелом возрасте эта разница между мужчинами и женщинами достигает уже 35 %.

 

Демографические данные. Еще в 1661 г. стало известно, что в мире мальчиков рождается на 6 % больше, чем девочек (очевидно, в связи с тем, что в составе спермы преобладают Y-сперматозоиды, обеспечивающие при оплодотворении яйцеклетки развитие зародыша по мужскому типу развития; в среднем 150-170 Y-сперматозоидов на 100 X-сперматозоидов). Однако этот громадный перевес мужских гонад не приводит к такому же перевесу рождающихся мальчиков над девочками, так как большая гибель мужских особей начинается уже в период беременности. Известно, что общее число ранних выкидышей составляет до 25-30 % всех зачатий. При этом оказывается, что на 100 выкидышей плодов женского пола, случающихся в три первых месяца беременности, приходится 160-170 выкидышей плодов мужского пола (С.А. Новосельский, 1958). Часто гибель будущего мальчика происходит раньше, чем женщина узнает о своей беременности. В результате мальчиков рождается лишь немногим больше, чем девочек. В среднем для всех рас это соотношение равно 105, 5: 100, а в СССР в 1970 г. оно было 104: 100. Правда, следует иметь в виду, что в странах Востока искусственно (путем абортов) снижается число родившихся девочек, что вызвано как религиозными предрассудками (девочки во многих семьях считаются нежелательными), так и демографическими условиями (перенаселенностью). Поэтому, например, в Южной Корее мальчиков рождается на 14 % больше, чем девочек, а в Китае - даже на 18 % в результате умерщвления 76 миллионов плодов и новорожденных женского пола (Kristof, 1993; Klasen, 1994).

 

В связи с этим различают три вида соотношения полов: первичное (соотношение мужских и женских зигот или половых клеток), вторичное (соотношение пола новорожденных) и третичное (соотношение представителей мужского и женского пола в зрелой популяции среди способного к воспроизведению населения).

 

Травматизм выше у лиц мужского пола по сравнению с женским в любом возрасте. Уже при родах, во многом из-за больших по сравнению с девочками размеров тела, мальчики получают больше повреждений. Поведение мальчиков вследствие их большей склонности к риску, состязательности, тяге к технике, к взрывоопасным предметам, к проявлению физической агрессии (драке) является более травмоопасным. Среди детей 7-15 лет травмы у мальчиков случаются почти в 2 раза чаще, чем у девочек. Да и в последующие годы служба мужчин в армии, их работа, связанная с техникой и в травмоопасных условиях, занятия спортивными единоборствами и играми приводят к большему травматизму представителей «сильного» пола. В среднем от несчастных случаев ежегодно погибает в 2 раза больше мужчин, чем женщин.

 

В возрасте 15-19 лет у юношей коэффициент смертности в 2 раза выше, чем у девушек. Кроме болезней и травм следует отметить самоубийства: среди девушек, по данным международной статистики, их значительно меньше, чем среди юношей.

 

Примерно к 20-24 годам численность мужчин и женщин выравнивается, а в более зрелом возрасте наступает «женский перевес», все более усиливающийся с годами. У 25-29-летних мужчин коэффициент смертности уже в 2, 5 раза выше, чем у женщин. Но пик смертности мужского населения приходится на возраст 40-50 лет. В среднем, женщины в нашей стране живут дольше мужчин на 10 лет.

 

Женскому организму присуща большая жизнестойкость, чем мужскому, при нарушении ряда физиологических функций: кислородном голодании, пищевом голодании, недостатке сна; у женщин быстрее идут восстановительные процессы. Иммунная система, противоборствующая воздействию на организм человека вирусов и бактерий, лучше развита у особей женского пола (как человека, так и животных млекопитающих). Такой важный орган иммунной системы, как вилочковая железа, у них в 3 раза толще, чем у особей мужского пола. В женском организме больше и иммунных антител. При пересадке того или иного органа реакция отторжения у представителей женского рода выражена больше.

 

Большую жизнестойкость женского организма по сравнению с мужским объясняют тем, что женщина получает две X-хромосомы, поэтому дефект одного гена может быть компенсирован другим. Мужчина же получает лишь одну X-хромосому, а Y-хромосома содержит меньше генов, и неясно, являются ли какие-нибудь из них точными копиями Х-генов. Поэтому существует вероятность, что дефектный ген не найдет нормального двойника, способного воспрепятствовать дефекту.

 

Следует отметить, что охране здоровья мужчин по сравнению с женщинами общество оказывает меньше внимания. Да и сами мужчины меньше его берегут: среди них больше курящих, пьющих. Имеют значение и нервные перегрузки, сопутствующие руководящей работе. Однако более высокая смертность представителей мужского пола не наносит ущерба численности популяции, поскольку последняя лимитируется в первую очередь числом представителей женского пола и их репродуктивной способностью.