Większość samców ssaków nosi cenny ładunek w strasznie niebezpiecznym opakowaniu. Jądra zewnętrzne - które delikatnie wychylają się poza jamę brzuszną w odsłoniętym worku o cienkiej skórze - są wrażliwe, wybredne i stanowią rażąco oczywisty cel dla wszystkich wrogów mężczyzn (a także piłki nożnej, zbłąkane kolana i meble na wysokości talii). Nic więc dziwnego, że ewolucja zstępujących jąder od dziesięcioleci zaskoczyła i oszołomiła biologów.
powiązana zawartość
- Długa, kręta opowieść o nasieniu
Badanie opublikowane dzisiaj w PLOS Biology oferuje odpowiedź na jedną z największych debat tej tajemnicy: czy nasi pierwsi przodkowie je zmęczyli, czy upadli? Naukowcy doszli do wniosku, że pierwsze ssaki miały już tę oszałamiającą cechę, a następnie tysiące potomków odziedziczyły rodzinne klejnoty w pełnej okazałości. Co dziwne, wydaje się, że od tego czasu jądra wewnętrzne ewoluowały co najmniej cztery osobno.
Podczas rozwoju embrionalnego u mężczyzn, struktury rozrodcze przekształcają się w proto-jądra głęboko w jamie brzusznej (u kobiet te same struktury tworzą jajniki). Przed urodzeniem jądra schodzą w dół przez brzuch i do moszny w dwuetapowym procesie. Ta migracja w dół jest wprawiana w ruch poprzez działanie dwóch kluczowych genów, INSL3 i RXFP2 . Usunięcie jednego z tych „genów moszny” u myszy całkowicie zaburza trajektorię jąder skierowaną na południe.
Nieliczni mężczyźni urodzeni z niezstąpionymi jąderkami (od 2 do 4 procent) mogą mieć kłopoty: jeśli stan utrzyma się do wieku dorosłego, może przyczynić się do przepukliny, niepłodności i raka jąder. Ale dla zupełnie innej grupy ssaków normą jest brak moszny. Gatunki ssaków z kladu Afrotheria - które obejmują słonie, manaty, peleryny ze złotymi kretami i góralki skalne - zamiast tego zachowują jądra w jamie brzusznej w stanie zwanym „jądrem”.
Te rozbieżne cechy stanowiły zagadkę dla biologów ewolucyjnych: Czy wspólny przodek wszystkich żywych ssaków, takich jak Afrotheryjczycy i samice ssaków, zachował cenne narządy rozrodcze w obrębie brzucha? Lub, podobnie jak ludzie i większość innych linii ssaków, czy nosił je poza ciałem, aby wszyscy mogli je zobaczyć? Ponieważ tkanki miękkie, takie jak jądra, słabo zachowują się w zapisie kopalnym, nie ma fizycznych dowodów na obecność jąder przodków, a lokalizacja przodków jąder ssaków pozostała nieuchwytna.
Główny autor Virag Sharma i starszy autor Michael Hiller, genomicy z Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics w Dreźnie, Niemcy, przyjęli podejście genetyczne do debaty. Wiedząc, jak ważne były geny mosznowe dla zejścia jąder, doszli do wniosku, że porównanie tych genów w różnych liniach ssaków zapewniłoby najbardziej bezpośrednią drogę do ustalenia stanu przodków. (Ta metoda omija ograniczenia zapisu kopalnego, co może czasem powodować sprzeczne lub niejasne informacje na temat pokrewieństwa między gatunkami).
„Możliwość wykorzystania danych molekularnych do odpowiedzi na takie pytanie jest czymś, czego nie byliśmy w stanie zrobić 10 lat temu”, mówi genomistka Smithsonian National Zoo Natalia Prado-Oviedo, która nie była związana z badaniem. Co ważne, metoda Sharmy i Hillera „działa [przy dowolnej interpretacji zapisu kopalnego]”.
Można by pomyśleć, że ewolucja jąder byłaby nisko wiszącym owocem - ale okazuje się, że obraz jest o wiele bardziej skomplikowany, niż naukowcy mogliby się spodziewać. Słonie to tylko jedna grupa z jąderami osadzonymi w brzuchu. (baluda / Pixabay) Kiedy Sharma porównał geny mosznowe u 71 ssaków, odkrył, że cztery gatunki afrotheryjskie pozbawione zstępujących jąder - manaty, peleryny ze złotymi kretami, peleryny słonia i tenrecs (małe ssaki ssące owady, które przypominają jeże) - wszystkie nosiły nieistniejące kopie genów moszny . Następnie Sharma wykorzystał tę informację genetyczną do przybliżenia, kiedy jeden z genów utracił funkcjonalność u każdego gatunku. Kiedy geny stają się niefunkcjonalne, nie ma już presji na utrzymanie spójności, a one zaczynają gnić i gromadzić mutacje z zaniedbania. Im więcej błędów niesie sekwencja genów, tym dłużej prawdopodobnie zostanie utracona.
Pracując wstecz, Sharma śledził także utratę zejścia jąder u wszystkich czterech gatunków do 23–83 milionów lat temu - wszystkie przypadki nowsze niż szacowana rozbieżność linii afrotheryjskiej 100 milionów lat temu. W przeciwieństwie do innych ssaków, gdy Afrotherianie oddzielili się od głównej paczki, ich jądra nie zrobiły tego samego.
Sharma odkrył również, że rodzaje błędów genetycznych stwierdzone u tych czterech gatunków różnią się od siebie i najwyraźniej pojawiły się w różnych momentach. Gdyby były to identyczne mutacje, Sharma wywnioskowałby, że pojedynczy przodek asrotry przekazał te same złamane geny wszystkim czterem gatunkom naraz. Ale ta odmiana pokazała, że moszna zniknęła cztery razy w ciągu historii ewolucji. Innymi słowy, ewolucja „samodzielnie wymyśliła” niezstąpione jądra cztery razy.
Naukowcy od lat wiedzą, że jedną z najważniejszych zalet moszny jest wentylacja: plemniki ssaków dojrzewają i przechowują się lepiej w temperaturach od 2, 5 do 3 stopni Celsjusza niższych niż reszta ciała, a usunięcie tych narządów utrzymuje je w chłodzie. Ale jesteśmy znacznie mniej pewni, czy jest to powód ewolucji moszny. Jest to klasyczny dylemat koguta i jaja: jądra mogły opuścić brzuch, ponieważ temperatury stały się zbyt prażone, lub plemniki mogły przystosować się do kochania chłodu, ponieważ zostały już usunięte z innego powodu.
(Istnieje wiele teorii, w tym idea, że jądra to ozdoby, które mogą pochwalić męską męskość. A może, jak uważa urolog dziecięcy John Hutson, jądra zostały wydalone jako produkt uboczny - lub błąd - innej anatomicznej zmiany).
Ale jeśli temperatura jest głównym czynnikiem, to jest jeszcze jedna zagadka, którą badacze muszą odpowiedzieć. Słonie i peleryny słoniowe - które trzymają swoje jądra zamknięte w jamie brzusznej - mają wewnętrzne temperatury ciała podobne do temperatur ludzi. Jak sobie radzą?
Hiller twierdzi, że u Afrotheryjczyków koszty (narażenie, wrażliwość) mogą po prostu przewyższyć korzyści (nieco niższa temperatura). A może te ssaki stosują nieznaną dotąd metodę utrzymywania chłodu. Aby uwiązać te zjawiska z zatrzymaniem jąder, genetycy prawdopodobnie będą musieli połączyć siły z fizjologami.
„Nie możemy polegać tylko na genach ani na samych zapisach kopalnych” - mówi biolog obliczeniowy Melissa Wilson Sayres z Arizona State University. „Genomika jest potężna, ale musimy ją zrozumieć w zgodzie z przyrodą i anatomią”.
Na razie reszta z nas pozostaje wisi.
