По наследству от бабушки

      Одна из особенностей вселенной Наруто — патологически странный экстерьер персонажей. В прошлой главе мы уже вскользь касались темы нетипичного окраса на примере клана Узумаки. В этой части эта тема будет разобрана глобальнее и глубже.       У вдумчивого автора, который создает нового персонажа, рано или поздно возникает дилемма по типу: ну вот скрещу я Учиху и Узумаки, и что у меня может получиться, если у Учихи в родителях дама с розовыми волосами, а у Узумаки — жгучая брюнетка с синим отливом и еще красноволосая бабушка в придачу?       Человек, который хотя бы поверхностно знаком с генетикой, быстро разграничит для себя, что:       а) темный цвет волос — признак доминантный, а светлый — рецессивный;        б) светловолосый человек — явно гомозигота по рецессиву, а темноволосый может быть по доминантному признаку как гомозиготой, так и гетерозиготой*.        *Справка: гомозиготой по определенному признаку существо считается тогда, когда от обоих родителей ему пришли одинаковые варианты (аллели) гена. Например оба за темный окрас. Или оба за светлый. Гетерозиготе, соответственно, варианты гена пришли разные (от одного родителя — светлый, от другого — темный), и из них проявляется доминантный (темный).       Однако тут возникает вопрос. С блондинами и брюнетами понятно, но как вплести в эту систему остальные варианты убойной окраски? Розововолосые, баклажановолосые… Эти признаки доминантные или рецессивные? Если доминантные, то насколько доминантные по отношению к уже имеющемуся доминантному темному?       Разбирая генетические признаки — доминантные и рецессивные, мы зачастую слишком упираемся в сами понятия «доминантный» и «рецессивный», не отдавая себе отчет в том, что стоит за этими понятиями и каким образом доминантный признак «душит» рецессивный (и душит ли он вообще?). Механизм в каждом случае свой. Потому для того, чтобы корректно дополнить уже имеющуюся систему окрасов лишними цветами, предлагаю рассмотреть, каков молекулярно-генетический механизм формирования расцветки у обычных людей.       За счет чего волосы цветные?        В прошлой главе уже упоминалось, что у обычных людей цвет волос определяется соотношением пигментов эумеланина и феомеланина. Эти пигменты (меланины) производятся клетками кожи — меланоцитами. Накопление (или не накопление) этих пигментов обеспечивает оттенок кожи и в то же время цвет волос, поскольку меланоциты в корнях волос встраивают пигменты в структуру самого волоса.       Напоминаю, каким образом соотношение меланинов влияет на расцветку волос:       Черный: много эу + нет фео       Темно-коричневый: много эу + есть фео       Русый: мало эу + есть фео       Рыжий: много фео + нет эу       Блонд: мало фео + нет эу       Альбинос: нет меланина       Каков механизм?       На поверхности меланоцитов есть рецепторы с не менее говорящим названием «меланокортин 1». Рецептор в данном случае выполняет роль передатчика: находясь на поверхности клетки, он способен получать сигнал извне и передавать его внутрь. Клетка на этот сигнал определенным образом реагирует. Например, начинает синтезировать меланины.        В общих чертах схема проста до боли:        ✓ если на рецептор воздействовать — клетка будет синтезировать эумеланин (темный пигмент);       ✓ если на рецептор воздействия нет — клетка будет синтезировать феомеланин (светлый пигмент).       Воздействуют на рецептор гормоны, которые вырабатывает гипофиз. Если представить, что рецептор — это переключатель лампы, то меланоцит-стимулирующий гормон будет той самой рукой, которая на этот переключатель нажимает, чтобы свет в комнате зажегся.       В каких случаях воздействия нет?       ✓ Если проблема с меланоцит-стимулирующим гормоном: он не вырабатывается и, соответственно, не может воздействовать на рецептор. (Нет человека — некому нажать на выключатель)       ✓ Если проблема с самим рецептором — он производится в дефектной форме и функция проведения сигнала у него нарушена. (Человек жмет на выключатель, а выключатель сломан)       Существо с такими дефектными аллелями генов рецептора или предшественника гормона будет рыженьким. И уязвимым к ультрафиолету, увы.       Таким образом, мы видим следующую ситуацию. У нас нет четко гена темных волос и гена светлых волос.  У нас есть ген рецептора со страшным названием MC1R, и окрас волос и кожи человека зависит от того, осуществляется ли передача сигнала через этот рецептор.       Ген рецептора MC1R расположен на 16-й хромосоме. Ген, кодирующий белок-предшественник меланоцит-стимулирующего гормона, располагается на 2-й хромосоме. 2-я и 16-я хромосома не являются половыми, а значит, наследование цвета волос и кожи не зависит от пола (как минимум по этим двум моментам).       Дополнительные пигменты       Весь спектр расширенной палитры цветов Наруто можно объяснить введением всего двух дополнительных пигментов:       1) красный — акамеланин (от японского 赤 [aka] — красный)       2) голубой — аомеланин (от японского 青 [ao] — голубой; зеленый)       Таким образом, акамеланин объяснил бы следующие расцветки:       ✓ красный (Кушина, Карин, Мито) — много акамеланина без примесей или с небольшим количеством феомеланина;       ✓ фиолетовый (Сумире, Югао) — много акамеланина с примесью эумеланина или аомеланина;       ✓ розовый (Сакура, Кизаши) — мало акамеланина без примесей или с небольшим количеством феомеланина.       А аомеланин:       ✓ темно-синий, темный с синим отливом (Хината) — примесь небольшого количества аомеланина к эумеланину*;       ✓ синий насыщенный (Кисаме; тройняшки из Тумана в «Боруто») — много аомеланина без примесей или с примесью большого количества эумеланина;       ✓ синий бледнее (Конан) — много аомеланина и немного эумеланина, возможно еще немного акамеланина;       ✓ голубой (Чоуджуро) — немного аомеланина без примесей;       ✓ болотно-зеленый (Пакура) — много аомеланина и много феомеланина; **       ✓ бирюзовый (Фуу) — немного аомеланина с небольшим количеством феомеланина.       *Хинату упоминаю на всякий случай. Ее синий отлив может и не быть вызван аомеланином. Как и юношеский синий отлив Саске.       **У Пакуры ко всему еще концы передних прядей рыжеватые. Возможно, аомеланин на концах разрушился, и остался только феомеланин.       Механизм дополнительных пигментов       В красивую систему рецептора-переключателя между эумеланином и феомеланином наши новые пигменты не лезут уже хотя бы потому, что у этой системы есть только два режима: есть сигнал/нет сигнала, — и оба эти режима уже заняты. Кроме того, мы не знаем, какую акамеланин и аомеланин имеют природу. Не факт, что они — производные аминокислоты тирозина, как эумеланин и феомеланин. Вполне возможно, что аомеланин и акамеланин получаются в результате или модифицированного пути синтеза меланинов, или системы синтеза у них вообще абсолютно другие.       Синтезировать меланин не так просто. В самом синтезе принимает участие множество ферментов. Сам синтез запускает сигнальный каскад, который идет от рецептора. Рецептором управляет гормон. Гормон синтезируется гипофизом. В общем, этапов и участников масса. И все эти участники (или их предшественники) закодированы в ДНК.       Сотворить еще одну такую систему, отдельную, для акамеланина и аомеланина — слишком сложно. Организм таким путем ни за что не пойдет. Все возникающие в нем модификации появляются случайно и таким же случайным образом остаются: либо потому что адаптивно полезны, либо потому что как минимум не мешают жить. Скорее всего для синтеза новых пигментов были нечаянно адаптированы уже имеющиеся системы: или та же самая меланиновая, или какая-то другая.        Генетика дополнительных пигментов       И тут у нас много разных вариантов наследования, в зависимости от того, какой механизм лежит в основе синтеза новых пигментов.       Можно было бы связать два новых пигмента в одну систему, как это было с эумеланином и феомеланином под управлением одного рецептора-переключателя. Как раз неплохо отработался бы вариант возникновения новой пигментной системы из обычной меланиновой. Но этот вариант кажется мне сомнительным. В таких условиях признаки проявлялись бы в зависимости от активности воздействия на рецептор-переключатель.       Можно обратить внимание, что красные волосы больше характерны для ребят из Водоворота, тогда как голубыми обладают в основном ребята из Тумана. Если смотреть по хлипкой гипотезе качелей с рецептором-переключателем, то получается, что при доминантности красного цвета, в случае поломки рецептора, потомки Узумаки могли бы посинеть. При условии доминантности голубого справедливо и обратное: потомки акульих демонов Тумана в случае поломки рецептора-переключателя покраснели бы.       Думаю, очевидно, почему такой вариант мне не по душе. Это смешивает характерные черты кланов мира Наруто. Кроме того, в распределении расцветки наблюдается некая региональность, которая наверняка вызвана появлением, распространением и закреплением этих новых признаков в выбранных регионах.       Делаем следующий вывод: у каждого нового пигмента свой собственный сигнальный путь.       И как же генетически обоснованы эти пигменты со своими индивидуальными путями?       Вариант минималистичный: один новый белок       Допустим, был у нас ген какого-нибудь нужного фермента. Случайно дуплицировался (удвоился). В его генетический код затесалась досадная очепятка, и вот мы имеем уже новый фермент — акамеланин-синтазу. Эта акамеланин-синтаза врывается в случайный путь синтеза, захватывает себе ничего не подозревающее вещество, этим путем производимое, и перерабатывает его в акамеланин.       Кто ее контролирует? Возможно, ген этой акамеланин-синтазы является мишенью для какого-нибудь транскрипционного фактора. Может быть и такое, что этот транскрипционный фактор в свое время контролировал гена-близнеца этой самой новообретенной синтазы, из которого она произошла, а теперь контролирует и ее.       В таком случае с наследованием все достаточно просто. Один ген — один признак. Ген есть, ген работает, продукты гена работают — получаем окрас.       Вариант расширенный: несколько новых белков       А теперь представим, что все эта прелесть образовалась не благодаря одной синтазе, а там и рецептор какой-то задействован интересный, и в пути синтеза акамеланина не одна синтаза, а еще несколько ферментов. Возникнуть они могли аналогичным манером, как и описано выше для варианта с одним новым белком. Конечно, вероятность возникновения нескольких мутаций, которые сложатся в рабочую систему нового признака, значительно ниже, чем возникновение одной-единственной мутации. Но предположить все равно можно. Мало ли?       В такой ситуации есть один очень важный нюанс. Много генов — признак сложный. Нет одного участника — нет и целого признака.       И тут с наследованием уже интересно.        1) Если гены всех уникальных участников синтеза расположены на одной хромосоме близко друг к другу, то наследоваться они будут сцеплено и красиво, как менделевский горох (или как шаринган).       2) Если гены раскиданы по разным хромосомам или находятся на одной, но далеко друг от друга, то достаточно ребенку получить от родителя комплект хромосом, в который хромосома с одним из нужных для процесса акамеланиносинтеза генов не попала, и все. Гасите свет.       Так как же необычный окрас будет взаимодействовать с обычным?       По принципу смешивания красок. Эумеланин и феомеланин будут синтезироваться в зависимости от активности возбуждения рецептора MC1R. Полученные обычные пигменты будут смешиваться с другими — акамеланином или аомеланином, синтезирующимися независимо от них.       Таким образом… Красный+голубой=фиолетовый. Красный+светлый=красный. Красный+черный=черный. Никто никого не душит.       Рассмотрим примеры.       Пример №1: Сакура. Мебуки — блондинка, Кизаши — розово… слабо-акамеланиновый. У Сакуры проявляется окрас Кизаши и именно в той интенсивности, в которой был у него. Слабый феомеланиновый блонд Мебуки пересилить слабый акамеланин Кизаши не смог. По балансу эумеланина-феомеланина очевидно, что у Сакуры перекос в фео. При этом Сакура гетерозигота по акамеланиновости: рабочая акамеланиновая тема явно пришла к ней от отца, тогда как у Мебуки ее не было, иначе это было бы видно по ее экстерьеру. Итого по акамеланину: 1-0.       Возможно, бледность розового оттенка вызвана тем, что у Сакуры только один пакет генов — от отца. А для более насыщенного оттенка нужно было бы получить еще один от матери. Альтернативный вариант — Кизаши обладатель особого аллеля акамеланиновости, который работает не в полную силу.       Пример №2: Сарада. Логично, что в эумеланин-феомеланиновом балансе она унаследовала перекос доминантного Саске в эумеланин. Но вот… что ей пришло от Сакуры? Акамеланиновый придаток от дедушки Кизаши мог к ней как перейти, так и не перейти — по ней этого не видно, ибо обилие эумеланина глушит любые другие краски. Так что гипотетически своим детям она может передать розовый цвет волос. Если, конечно, в бою между генами Сакуры и Саске внуку перейдет перекос в феомеланин от Сакуры.       Пример №3: Нагато. Где-то там мелькнула его красноволосая мать и черноволосый родитель. Как по такому механизму мог возникнуть Нагато? Варианта два: или его отец ему не отец, или его отец гетерозигота и передал ему перекос в феомеланин, тогда как от мамы перешла акамеланиновая система. В то же время, если пример с Сакурой и бледностью окраса гетерозигот рабочий, то Нагато мог унаследовать акамеланиновую систему и от отца тоже, потому и получился красным, а не розовым. А у отца акамеланиновая система вполне могла быть в наличии, просто ее проявления не было видно за насыщенным эумеланином.       Парадокс Наруто       Кушина считается дамой клановой. У нее есть цепи чакры. У нее бешеная регенерация (а как мы видим из теорий в прошлой части, для такого уровня регенерации нужно скопить наиболее полную коллекцию доминантных генов регенерации). Такой концентрации клановых ништяков можно добиться в основном упорным многовековым инцестом. А в таком случае в гомозиготность выйдут и многие другие признаки. В том числе и акамеланиновость. Та же Сакура гетерозигота по акамеланину, как мы поняли выше. У Кушины были все шансы получить акамеланин от обоих родителей, а значит, и передать их Наруто*.       *В случае, если теория с Сакурой и неполным проявлением окраса у гетерозигот рабочая, Наруто был бы розовый. Как Сакура. Минато-то ему бы не поддал еще одного пакета акамеланиновых генов. Неоткуда брать.       Почему же Наруто блондин? (Хвала богам)       Самый банальный вариант: не настолько Кушина гомозиготна, как мы считали.       По крайней мере по окрасу волос. + Гены раскиданы по разным хросмосомам.       Допустим, Кушина клановая, как и ожидалось. Но вот гены, необходимые для красного окраса, расположены у нее на хромосомах 2, 4 и 5. Хромосомы у человека, как известно, расположены парами. То есть 2, 4 и 5 хромосом у этой женщины по две. Ребенку она отдаст каждой по одной. Если ребенку попадут хромосомы 2 и 4, в которых есть гены, ответственные за красный окрас, а из двух хромосом пары 5 попадает та, в которой нужного гена нет, то цветом волос ребенок пойдет в отца. Возможно, в парах хромосом 2 и 4 Кушина была гомозиготой, то есть любая хромосома из этих пар снабдила бы Наруто необходимыми составляющими. А вот по 5й хромосоме оказалась досадная гетерозиготность. И Наруто, на свою удачу, пролетел.       Вариант с приветом: проблема в Минато.       В прошлой части Минато выдвигалось подозрение в том, что какой-то цвет волос у него странный, ибо очень уж упорно он передается в поколениях, несмотря на то, что Кушина и Хината — девушки клановые и от них ожидается максимальная гомозиготность.       Возможно, особенность Минато в том, что у него есть некий минатопротеин — блокатор нашего рецептора-переключателя. И в таком случае получается забавная ситуация: гормональный сигнал на рецептор идет, сам рецептор базово был рабочий… а цвета нет. Потому что минатопротеин его заблокировал.       Минатопротеин может блокировать:       а) сигнальный путь акамеланина (тогда Минато всего лишь спас Наруто от розововолосости);       б) глушит вообще любой меланиновый сигналинг, в том числе и классический.       В случае варианта б жертвой минатопротеина пали и Наруто, и Боруто. Химавари пронесло. Возможно, Химавари просто попался комплект хромосом, в котором генов минатопротеина нет. Или же минатопротеин кодируется игрек-хромосомой и передается по мужской линии?       Выводы:       ✓ У нас нет четко гена темных волос и гена светлых волос. Все упирается в активность рецептора МС1R.       ✓ Наследование окраса в классическом варианте не должно зависеть от пола.       ✓ Красный, розовый и фиолетовый окрасы волос персонажей «Наруто» вызваны наличием уникального пигмента акамеланина. Оттенки синего, голубого и зеленого — наличием аомеланина.       ✓ У пигментов Нарутоверса свои собственные независимые сигнальные пути.       ✓ Необычный окрас будет взаимодействовать с обычным или другим необычным по принципу смешивания красок.       ✓ Розовый цвет вызывается одним из двух: или гетерозиготностью носителя, или наличием особого аллеля (аллелей) акамеланиновости, который менее эффективен, чем основной.       ✓ Есть вероятность, что Минато обладает минатопротеином, который глушит сигналинг окраса матерей.