De fleste mandlige pattedyr bærer dyrebar last i en frygtelig usikker pakke. Eksterne testikler - som svinger delikat uden for mavehulen i en eksponeret, tyndhudet sæk - er følsomme, finy og udgør et iøjnefaldende mål for enhver fjende af mænd (såvel som fodbold, omstrejdede knæ og møbler i taljen). Så det er ingen overraskelse, at udviklingen af nedstigede testikler har både forvirret og forvirret biologer i årtier.
Relateret indhold
- The Long, Winding Tale of Sperm Science
En undersøgelse offentliggjort i dag i PLOS Biology tilbyder et svar på en af mysteriets største debatter: Har vores tidligste forfædre slidt dem op eller ned? Forskerne konkluderer, at de første pattedyr allerede havde denne forvirrende træk, med tusinder af efterkommere derefter arvede familiens juveler på fuld skærm. Alligevel mærkeligt ser det ud til, at interne testikler siden da har udviklet sig mindst fire separate gange.
Under embryonal udvikling hos humane mænd forplantes reproduktive strukturer i prototester dybt i maven (hos kvinder fortsætter de samme strukturer med at danne æggestokke). Før fødslen falder testikler ned gennem maven og ind i pungen i en totrinsproces. Denne nedadgående migration sættes i bevægelse gennem handlingen af to nøglegener, INSL3 og RXFP2 . Sletning af en af disse "scrotalgener" i mus udelader testes 'sydgående bane fuldstændigt.
De få menneskelige mænd, der er født med uendrede testikler (mellem 2 og 4 procent) kan være i problemer: Hvis tilstanden fortsætter til voksen alder, kan det bidrage til hernias, infertilitet og testikelkræft. Men for en helt anden gruppe af pattedyr er det slet ikke at have pungen. Pattedyrarter af Afrotheria clade - som inkluderer elefanter, manater, kappe gyldne mol og klippehyraxer - holder i stedet deres testikler inde i maven i en tilstand, der kaldes "testikondie."
Disse divergerende træk har stillet et puslespil for evolutionære biologer: Har den fælles stamfar til alle levende pattedyr, ligesom afrikanere og kvindelige pattedyr, holdt sine værdifulde forplantningsorganer inde i maven? Eller, som mennesker og de fleste andre pattedyrlinjer, bar den dem uden for sin krop for alle at se? Fordi blødt væv som testikler bevares dårligt i fossilprotokollen, er der ingen fysiske beviser for forfæstede testikler, og placeringen af forfædre mammale testikler har forblevet undvigende.
Hovedforfatter Virag Sharma og seniorforfatter Michael Hiller, genomicister ved Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden, Tyskland, tog en genetisk tilgang til debatten. Når de vidste, hvor kritiske de scrotale gener var for testikelafstamning, begrundede de, at sammenligning af disse gener i en række pattedyrstamter ville give den mest direkte rute til at fastlægge forfædres tilstand. (Denne metode omgås begrænsningerne i fossilregistret, som undertiden kan producere modstridende eller vage oplysninger om sammenhæng mellem arter.)
”At være i stand til at bruge molekylære data til at besvare et spørgsmål som dette, er noget, vi ikke var i stand til at gøre for 10 år siden, ” siger Smithsonian National Zoo-genomiker Natalia Prado-Oviedo, som ikke var tilknyttet studien. Det er vigtigt, at Sharma og Hillers metode "fungerer [med enhver fortolkning af fossilrekorden]."
Man kunne tro, at testikeludvikling ville være lavhængende frugt - men det viser sig, at billedet er langt mere komplekst, end forskere kunne have forestillet sig. Elefanter er kun en gruppe med testikler beliggende i maven. (baluda / Pixabay) Da Sharma sammenlignede scrotalgener hos 71 pattedyr, fandt han, at fire afotere arter, der manglede nedstammede testikler - manater, kappe gyldne føflekker, kappeelefantskår og tenrecs (bittesmå pattedyr med små insekter, der ligner pindsvin) - alt indeholdt afskårne kopier af scrotalgenerne . Sharma brugte derefter denne genetiske information til at tilnærme sig, når en af generne havde mistet funktionaliteten i hver art. Når gener bliver ikke-funktionelle, er der ikke længere pres for at opretholde sammenhæng, og de begynder at henfalde og akkumuleres mutationer ud af forsømmelse. Jo flere fejl en gensekvens bærer, jo længere siden er det sandsynligvis gået tabt.
Ved at arbejde baglæns sporede Sharma også tabet af testikelafstamning i alle fire arter for 23-83 millioner år siden - forekomster mere nyere end den anslåede afvigelse af afrikansk afstamning for 100 millioner år siden. I modsætning til andre pattedyr, da afrikanere splittede sig fra hovedpakken, gjorde deres testikler ikke det samme.
Sharma fandt også, at de typer genetiske fejl, der blev fundet i disse fire arter, alle var forskellige fra hinanden og tilsyneladende dukkede op på forskellige tidspunkter. Havde de været identiske mutationer, ville Sharma have udledt, at en enkelt ascrotal stamfar havde passeret de samme brudte gener på alle fire arter på én gang. Men variationen viste, at undersøgelsen forsvandt ved fire separate lejligheder i løbet af udviklingshistorien. Med andre ord, ”uafhængigt opfandt” testes evolution fire gange.
Forskere har vidst i årevis, at en af de vigtigste fordele ved scota er ventilation: pattedyrsperm modnes og opbevares bedre ved temperaturer 2, 5 til 3 grader celsius lavere end resten af kroppen, og at sprænge disse organer holder dem kølige. Men vi er langt mindre sikre på, om dette er grunden til, at undersøgelsen udviklede sig. Det er et klassisk hane-og-æg-dilemma: testikler kan have flygtet fra underlivet, fordi temperaturerne blev for velsmagende, eller sædceller kan have tilpasset sig til at elske chill, fordi de allerede var blevet fjernet af en eller anden grund.
(Andre teorier bugner, inklusive tanken om, at testikler er ornamenter, der kan prale af mandlig virilitet. Eller måske, som pædiatrisk urolog John Hutson mener, blev testikler bortvist som et biprodukt - eller en fejltagelse - af en anden anatomisk omarrangement.)
Men hvis temperatur er den vigtigste faktor, er der stadig et puslespil forskere skal svare på. Elefanter og elefantkapper - som begge holder deres testikler låst væk i underlivet - har indre kropstemperaturer, der ligner mennesker. Hvordan takler de det?
Hos afrikanere kan omkostningerne (eksponering, sårbarhed) simpelthen opveje fordelene (lidt køligere temperatur), siger Hiller. Eller måske bruger disse pattedyr en endnu uopdaget metode til at opretholde deres chill. For at knytte disse fænomener til testikelretention, vil genetikere sandsynligvis skulle slå sig sammen med fysiologer.
”Vi kan ikke stole på kun genetik eller bare fossilprotokollen alene, ” siger beregningsbiolog Melissa Wilson Sayres fra Arizona State University. "Genomik er magtfuld, men vi er nødt til at forstå det i samspil med naturhistorie og anatomi."
For øjeblikket bliver resten af os hængende.
