Πριν από περίπου 15 χρόνια διημείφθη μια συζήτηση μεταξύ δύο φίλων, ενός βιολόγου και ενός δικηγόρου. Την αφορμή έδωσε η είδηση ότι ένας θερμόαιμος Κρητικός αρνιόταν πεισματικά να παραλάβει τη γυναίκα του από το μαιευτήριο, όπου είχε γεννήσει το 8ο κατά σειρά παιδί τους, επειδή αυτό δεν ήταν αγόρι όπως τα προηγούμενα επτά, αλλά κορίτσι! Ο βιολόγος αφού διάβασε την είδηση στην εφημερίδα, σχολίασε: «Προφανώς ο δυστυχής δεν γνωρίζει ότι ο πατέρας καθορίζει το φύλο του παιδιού». «Τι εννοείς» ρώτησε ο δικηγόρος φίλος του, ο οποίος επίσης δεν γνώριζε τις λεπτομέρειες του φυλοκαθορισμού στον άνθρωπο. Ετσι, όλη η ομήγυρη πληροφορήθηκε ότι «το θέμα του φυλοκαθορισμού στον άνθρωπο έχει ξεκαθαριστεί εδώ και πολλά χρόνια. Ανδρες και γυναίκες φέρουν τα ίδια χρωμοσώματα εκτός από τα γενετικά:οι γυναίκες διαθέτουν δύο Χ και οι άνδρες ένα Χ και ένα Υ.Αυτό σημαίνει ότι όλα τα ωάρια περιέχουν ένα Χ χρωμόσωμα, ενώ τα σπερματοζωάρια περιέχουν ή το Χ ή το Υ. Δηλαδή οι γυναίκες συμβάλλουν στην επόμενη γενιά με το ίδιο πάντοτε χρωμόσωμα,ενώ οι άνδρες έχουν δύο πιθανότητες:το σπερματοζωάριο που γονιμοποιεί το ωάριο να κουβαλά ή το Υ χρωμόσωμα ή το Χ. Στην πρώτη περίπτωση, η ένωση του πατρικού Υ με το Χ της μητέρας θα δώσει αρσενικό απόγονο, ενώ στη δεύτερη, τα δύο Χ θα σημάνουν κορίτσι».
Ικανοποιημένος με την εξήγησή του, ο βιολόγος ανέμενε τουλάχιστον μια ένδειξη ότι το μήνυμά του είχε γίνει κατανοητό από την άλλη πλευρά. Ετσι, έμεινε εμβρόντητος όταν έλαβε την εξής απάντηση: «Και είναι σίγουρο τώρα αυτό;Ποιος μας βεβαιώνει ότι σε μερικά χρόνια δεν θα έλθετε πάλι εσείς οι επιστήμονες να μας πείτε κάτι διαφορετικό;». Η συνέχεια της συζήτησης, στην οποία ακούστηκαν παρεΐστικοι χαρακτηρισμοί του τύπου «αδαή χασοδίκη», «τρελέ επιστήμονα» κτλ., δεν εξυπηρετεί τους σκοπούς αυτού του άρθρου. Το θέμα της όμως, το κατά πόσο δηλαδή όλα είναι πλέον ξεκάθαρα στο θέμα του καθορισμού του φύλου στους ανθρώπους, επανήλθε πρόσφατα στην επικαιρότητα και μάλιστα με τρόπο που δικαιώνει τον «αδαή» δικηγόρο της παραπάνω πραγματικής ιστορίας μας.
Το επίμαχο γονίδιο
Στις αρχές του περασμένου Δεκεμβρίου, γερμανοί ερευνητές του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας (Εuropean Μolecular Βiology Laboratory, ΕΜΒL) ανακοίνωσαν μια εντελώς απροσδόκητη ανακάλυψή τους η οποία δυναμιτίζει τα δεδομένα του φυλοκαθορισμού των θηλαστικών. Εργαζόμενοι με ποντίκια, οι γερμανοί επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η απενεργοποίηση ενός και μόνο γονιδίου ήταν αρκετή προκειμένου τα κύτταρα των ωοθηκών ενήλικων πειραματόζωων να μετατραπούν σε κύτταρα όρχεων! Με άλλα λόγια, ένα θηλυκό ποντικάκι (που προφανώς έφερε δύο Χ χρωμοσώματα) έγινε αρσενικό μόνο και μόνο επειδή έπαψε να λειτουργεί ένα γονίδιο!
Τα αποτελέσματα του πειραματισμού των γερμανών επιστημόνων, τα οποία δημοσιεύονται στο τεύχος της 11ης Δεκεμβρίου 2009 της επιθεώρησης «Cell», θα οδηγήσουν σε αναθεώρηση των εγχειριδίων Βιολογίας καθώς ανατρέπουν μια σειρά απόψεις για τη δημιουργία του φύλου στα θηλαστικά. Πράγματι, το φύλο των ανθρώπων, όπως και της πλειονότητας των θηλαστικών, καθορίζεται από ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων: τα θηλυκά άτομα διαθέτουν δύο Χ χρωμοσώματα και τα αρσενικά ένα Χ και ένα Υ. Φαίνεται όμως ότι η ύπαρξη δύο Χ χρωμοσωμάτων είναι αναγκαία αλλά όχι και ικανή συνθήκη για την ανάπτυξη και τη διατήρηση της θηλυκότητας.
Τι πιστεύαμε
Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Το πεδίο του φυλοκαθορισμού στα θηλαστικά χρωστά πολλά στην ερευνητική δραστηριότητα του Robin Lovell-Βadge, ο οποίος σήμερα εργάζεται στο Εθνικό Ινστιτούτο για την Ιατρική Ερευνα (Νational Ιnstitute for Μedical Research, ΝΙΜR) στο Λονδίνο. Το 1991, ο Lovell-Βadge και οι συνεργάτες του εντόπισαν στο Υ χρωμόσωμα το γονίδιοSry.Το προϊόν του γονιδίου αυτού δρα σαν ένας γενικός μοριακός διακόπτης, «ανοίγοντας» γονίδια τα οποία είναι απαραίτητα για τον σχηματισμό των αρσενικών χαρακτηριστικών στα ανθρώπινα έμβρυα. Πολύ νωρίς, κατά την ανθρώπινη εμβρυϊκή ανάπτυξη, μια πολύτιμη ομάδα κυττάρων ξεχωρίζει. Πρόκειται για τα κύτταρα που θα διαιωνίσουν το είδος, τα κύτταρα από τα οποία θα προκύψουν κατά την ενήλικη ζωή τα ωάρια ή τα σπερματοζωάρια. Αυτή η παρακαταθήκη κυττάρων «περιμένει εντολές» σχετικά με την πορεία διαφοροποίησής της, αναμένει δηλαδή να λάβει τα μοριακά μηνύματα τα οποία θα την οδηγήσουν στη δημιουργία ωοθηκών ή όρχεων. Οταν ένα ανθρώπινο έμβρυο φέρει το Υ χρωμόσωμα, οι εντολές που εκπηγάζουν από τη δράση του γονιδίουSryέχουν ως αποτέλεσμα το έμβρυο να αναπτύσσει ανδρικά χαρακτηριστικά. Με άλλα λόγια, η συνταγή για τη δημιουργία ανδρών απαιτεί και προϋποθέτει δράση τουSry.
Τα ευρήματα του Lovell-Βadge είχαν οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι η προεπιλεγμένη κατάσταση για ένα έμβρυο ήταν η θηλυκή. Πίστευαν δηλαδή οι ερευνητές, ότι ένα έμβρυο ήταν προεπιλεγμένο να γίνει θηλυκό (να δημιουργήσει ωοθήκες κτλ.), εκτός αν άρχιζε να εκφράζει το γονίδιο Sry,οπότε και έπαιρνε τον ανδρικό δρόμο.
Τι έδειξε τοFoxl2
Αλλά τα πράγματα φαίνεται ότι δεν είναι και τόσο απλά. Η μελέτη της ανθρώπινης εμβρυϊκής ανάπτυξης είχε καταδείξει ότι ένα γονίδιο φαινό ταν να σχετίζεται με την ανάπτυξη των θηλυκών χαρακτηριστικών στα θηλαστικά, αλλά κανείς δεν γνώριζε ποια ήταν η ακριβής δράση του. Το γονίδιο ονομάζεταιFoxl2και εδράζει στο χρωμόσωμα 3, το φέρουν δηλαδή και τα δύο φύλα. Ενας κλασικός τρόπος να διερευνηθεί η δράση ενός γονιδίου είναι η απενεργοποίησή του. Με άλλα λόγια, όταν οι ερευνητές δεν γνωρίζουν τι κάνει ένα γονίδιο, βρίσκουν έξυπνους τρόπους να σταματήσουν τη δράση του. Εξετάζοντας τα αποτελέσματα αυτής της ενέργειας εξάγουν χρήσιμα συμπεράσματα. Αυτή τη δοκιμασμένη στρατηγική εφάρμοσαν και οι γερμανοί ερευνητές, υπό τη διεύθυνση του δρος Μathias Τreier, προκειμένου να διαλευκάνουν τη δράση τουFoxl2:απενεργοποίησαν το γονίδιο και εξήτασαν τα αποτελέσματα που είχε η ενέργειά τους.
Οι ερευνητές ανέμεναν ότι πιθανότατα η απενεργοποίηση του γονιδίου θα είχε συνέπειες στη γονιμότητα των πειραματόζωων, θα μπορούσε επί παραδείγματι να παρεμποδίζει την ωρίμανση των ωαρίων. Προς μεγάλη τους έκπληξη όμως, διαπίστωσαν ότι οι συνέπειες του πειραματισμού τους ήταν πολύ δριμύτερες: ούτε λίγο ούτε πολύ τα θηλυκά ποντικάκια έγιναν αρσενικά! Ειδικότερα, τα κύτταρα των ωοθηκών τους που υπό κανονικές συνθήκες υποστηρίζουν την ανάπτυξη των ωαρίων, μετατράπηκαν σε κύτταρα που υποστηρίζουν την ανάπτυξη σπερματοζωαρίων στους όρχεις και τα ορμονοπαραγωγά κύτταρα άρχισαν την παραγωγή τεστοστερόνης, της ανδρικής δηλαδή ορμόνης!
Τι συμπέραναν λοιπόν οι γερμανοί επιστήμονες για τη δράση του Foxl2; Οτι η δουλειά του είναι να διατηρεί τη θηλυκότητα των θηλυκών ατόμων των ενήλικων θηλαστικών. Με άλλα λόγια, συμπέραναν ότι η ύπαρξη δύο Χ χρωμοσωμάτων είναι αναγκαία αλλά όχι και ικανή συνθήκη για τη δημιουργία γόνιμων θηλυκών ατόμων στα θηλαστικά και ότι απαιτείται συνεχής επαγρύπνηση εκ μέρους του οργανισμού για τη διατήρηση του φύλου.
Το τέλος της «προεπιλογής»
Μέσω ποιου μηχανισμού όμως διατηρεί τοFoxl2γονίδιο τα θηλυκά θηλαστικά στον «σωστό δρόμο»; Προκειμένου να δώσουν απάντηση σε αυτό το ερώτημα, οι γερμανοί ερευνητές ζήτησαν τη συνεργασία του Robin Lovell-Βadge ο οποίος έχει μελετήσει πολλά από τα γονίδια που λαμβάνουν οδηγίες από τοSryκαι ενεργοποιούνται για τη δημιουργία των όρχεων. Ενα από τα καλά μελετημένα γονίδια είναι τοSox9το οποίο είναι απαραίτητο για να δημιουργηθούν οι όρχεις στα ανθρώπινα έμβρυα. Φαίνεται όμως ότι η δράση τουSox9δεν σταματά στην εμβρυογένεση, αλλά συνεχίζεται και κατά τη διάρκεια της ενήλικης ζωής. Βλέπετε, από τη συνεργασία των δύο ερευνητικών ομάδων προέκυψε ότι η δράση τουFoxl2συνίσταται στην αναστολή της δράσης του Sox9,το οποίο εδράζει στο χρωμόσωμα 17 και ως εκ τούτου το φέρουν άνδρες και γυναίκες.
Η εικόνα που προέκυψε από τα παραπάνω ευρήματα έχει λοιπόν ως εξής: Η θηλυκότητα των θηλαστικών μακράν του να είναι μια προεπιλεγμένη παθητική κατάσταση, απαιτεί συνεχή προσπάθεια εκ μέρους του οργανισμού προκειμένου να διατηρηθεί στην ενήλικη ζωή. Απαιτείται δηλαδή η συνεχής καταστολή (από τοFoxl2) των «ανδροποιών» γονιδίων (όπως τουSox9) προκειμένου να διατηρηθεί η θηλυκότητα. Με άλλα λόγια, ακόμη και αν ο πόλεμος των δύο φύλων δεν υφίσταται κοινωνικά, φαίνεται ότι είναι δριμύτατος και μαίνεται μέσα στον καθέναν από εμάς!
Το κλασικό ερώτημα των φοιτητών Βιολογίας σε τέτοιου είδους πειραματισμούς είναι κατά πόσον μπορούμε να εξάγουμε συμπεράσματα για τον άνθρωπο από παρατηρήσεις που έχουν γίνει σε πειραματόζωα. Στην προκειμένη περίπτωση η απάντηση είναι κάτι παραπάνω από καταφατική: όχι μόνο επειδή οι άνθρωποι και τα ποντίκια έχουν πολλά κοινά σε ό,τι αφορά τον καθορισμό του φύλου αλλά και επειδή όλα τα σπονδυλόζωα διαθέτουν τα γονίδια Foxl2καιSox9.Αυτό σημαίνει ότι ο νεοανακαλυφθείς μηχανισμός για τη διατήρηση της θηλυκότητας είναι μια πολύ παλιά εξελικτική εφεύρεση και ότι προϋπήρχε της εμφάνισης του Υ χρωμοσώματος των θηλαστικών. (Αξίζει εδώ να προστεθεί ότι, σύμφωνα με έρευνες που είδαν τον φως της δημοσιότητας μόλις την περασμένη Πέμπτη, το Υ χρωμόσωμα καθόλου δεν βαίνει προς εξαφάνιση και μαρασμό όπως θεωρούνταν τα τελευταία 50 χρόνια, αλλά αντίθετα αποτελεί το πιό ενεργό κομμάτι του γονιδιώματος).
Νέοι δρόμοι για την ιατρική
Συνολικά τα παραπάνω ευρήματα ανοίγουν νέους δρόμους για την αναπαραγωγική ιατρική ή οποία θα μπορούσε να βρει απαντήσεις σε πολλά προβλήματα: Π.χ., θα μπορούσαν να επανεξετασθούν υπό το νέο πρίσμα ασθένειες κατά τις οποίες παιδιά με ΧΥ χρωμόσωμα αναπτύσσονται ως θηλυκά άτομα ή το αντίστροφο. Θα μπορούσαν επίσης να αναζητηθούν οι λόγοι για τους οποίους πολλές γυναίκες εμφανίζουν πρόωρη εμμηνόπαυση, ή ακόμη οι λόγοι για τους οποίους κάποιες γυναίκες μετά την κανονική εμμηνόπαυση εμφανίζουν ανδρικά χαρακτηριστικά, όπως η αυξημένη τριχοφυΐα. Το βέβαιον είναι πάντως ότι θα απαιτηθεί πολύ μελέτη για την πλήρη διαλεύκανση των μοριακών μηχανισμών που διέπουν τον φυλοκαθορισμό των θηλαστικών. Α, ναι, και κάτι ακόμη: για άλλη μία φορά αποδεικνύεται ότι στη βιολογία δεν υπάρχουν βεβαιότητες και νόμοι και ότι το «ανοιχτό μυαλό» είναι το καλύτερο προσόν του επιστήμονα…
ΠΩΣ ΤΟ ΚΑΝΟΥΝ ΤΑ ΖΩΑ!
Η συνταγή για τη δημιουργία αρσενικών ή θηλυκών απογόνων δεν είναι κοινή για όλο το ζωικό βασίλειο. Ετσι, u Οι κατσαρίδες, οι ακρίδες, τα τζιτζίκια και μερικά ακόμη είδη εντόμων ρυθμίζουν το φύλο των απογόνων τους με το σύστημα ΧΧ/Χ0.Τα θηλυκά άτομα έχουν δύο Χ και τα αρσενικά ένα Χ χρωμόσωμα. Με άλλα λόγια, η «διπλή δόση» Χ χρωμοσώματος οδηγεί στη δημιουργία θηλυκών και η απλή δόση στη δημιουργία αρσενικών ατόμων.
u Το σύστημαΧΧ/Χ0αξιοποιεί και ο γεωσκώληκας Caenorhabditis elegans, ένα κλασικό πειραματόζωο για γενετικές μελέτες. Μόνο που στην προκειμένη περίπτωση τα άτομα που φέρουν δύο Χ χρωμοσώματα είναι ερμαφρόδιτα και τα άτομα που φέρουν ένα Χ χρωμόσωμα είναι αρσενικά.
u Τα πουλιά αξιοποιούν το σύστημα ΖW/ΖΖγια τον καθορισμό του φύλου των απογόνων τους, το οποίο λειτουργεί αντίστροφα σε σχέση με το ΧΥ. Ετσι, τα θηλυκά άτομα έχουν δύο διαφορετικά χρωμοσώματα ΖW και τα αρσενικά δύο ίδια ΖΖ.
u Τα κοινωνικά έντομα (μέλισσες, σφήκες, μυρμήγκια, αλλά και ορισμένα κολεόπτερα) αξιοποιούν ένα σύστημα το οποίο ονομάζεται απλο-διπλοειδικό στο οποίο το φύλο καθορίζεται από το αν οι απόγονοι διαθέτουν ή όχι ένα πλήρες σετ χρωμοσωμάτων. Ετσι, τα αβγά τα οποία δεν γονιμοποιούνται (και άρα περιέχουν τον μισό αριθμό χρωμοσωμάτων) ωριμάζουν σε αρσενικά άτομα, ενώ τα γονιμοποιημένα αβγά (πλήρες σετ χρωμοσωμάτων) δίνουν θηλυκά (και σε ορισμένες περιπτώσεις στείρα αρσενικά άτομα).
u Το απλο-διπλοειδικό σύστημα δημιουργεί αξιοπρόσεκτα φαινόμενα, όπως, παραδείγματος χάριν, το γεγονός ότι οι κηφήνες δεν διαθέτουν πατέρα ούτε μπορούν να αποκτήσουν γιους. Διαθέτουν όμως έναν παππού και μπορούν να αποκτήσουν εγγονούς!
u Ο καθορισμός του φύλου δεν βασίζεται πάντοτε στη γενετική, αλλά και στο περιβάλλον. Ετσι, στις χελώνες και σε ορισμένα ερπετά το φύλο των απογόνων εξαρτάται από τη θερμοκρασία επώασης των αβγών. Ορισμένα ψάρια καθώς και ορισμένα σαλιγκάρια αλλάζουν φύλο κατά τη διάρκεια της ζωής τους: αρχίζουν ως αρσενικά και με το πέρασμα του χρόνου μετατρέπονται σε θηλυκά. Το φύλο ορισμένων αρθροπόδων εξαρτάται από τη μόλυνση με βακτήρια του είδους Wolbachia: όλα τα άτομα φέρουν δύο Ζ χρωμοσώματα και το φύλο καθορίζεται από το αν πέσουν θύματα του Wolbachia ή όχι.
u Το πλέον πληθωρικό σύστημα καθορισμού του φύλου διαθέτει ο πλατύποδας: τα αρσενικά άτομα διαθέτουν δέκα φυλετικά χρωμοσώματα 5Χ και 5Υ, ενώ τα θηλυκά 10Χ χρωμοσώματα.
