Большинство млекопитающих мужского пола несут драгоценный груз в очень опасной упаковке. Внешние яички, которые деликатно раскачиваются за пределы брюшной полости в обнаженном тонкостенном мешке, чувствительны, привередливы и делают явно очевидную цель для любых врагов мужчин (а также для футбольных мячей, шатких колен и мебели на уровне талии). Поэтому неудивительно, что эволюция опущенных яичек десятилетиями сбивала с толку и смущала биологов.
Связанный контент
- Длинный, извилистый рассказ о науке о сперме
Исследование, опубликованное сегодня в PLOS Biology, предлагает ответ на одну из самых больших дискуссий в загадке: носили ли их наши самые ранние предки или нет? Исследователи пришли к выводу, что у первых млекопитающих уже была эта изумительная черта, после чего тысячелетия потомков унаследовали семейные драгоценности в полной мере. И все же странно, но с тех пор внутренние яички развивались как минимум четыре раза.
Во время эмбрионального развития у мужчин репродуктивные структуры превращаются в прототесты глубоко в брюшной полости (у женщин эти же структуры переходят в яичники). До рождения семенники опускаются вниз через брюшную полость в мошонку в два этапа. Эта нисходящая миграция запускается под действием двух ключевых генов, INSL3 и RXFP2 . Удаление любого из этих «мошоночных генов» у мышей полностью разрушает траекторию движения яичек на юг.
Те немногие мужчины, которые родились с неопущенными яичками (от 2 до 4 процентов), могут столкнуться с проблемами: если это состояние сохраняется во взрослом возрасте, это может привести к грыжам, бесплодию и раку яичек. Но для совершенно другой группы млекопитающих отсутствие мошонки вообще является нормой. Виды млекопитающих клады Afrotheria, которые включают слонов, ламантинов, золотых кротов мыса и скальных гираксов, вместо этого сохраняют свои яички в брюшной полости в состоянии, называемом «тестикондией».
Эти отличающиеся черты стали загадкой для биологов-эволюционистов: неужели общий предок всех живых млекопитающих, таких как афротерианцы и млекопитающие женского пола, хранил свои ценные репродуктивные органы внутри живота? Или, как люди и большинство других линий млекопитающих, он выносил их за пределы своего тела, чтобы все могли их видеть? Поскольку мягкие ткани, такие как яички, плохо сохраняются в отчете окаменелости, никаких физических доказательств наследственных яичек не осталось, и местоположение яичек предков млекопитающих остается неуловимым.
Ведущий автор Вираг Шарма и старший автор Майкл Хиллер, геномисты из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка в Дрездене, Германия, приняли генетический подход к дискуссии. Зная, насколько критически важны гены мошонки для спуска яичка, они пришли к выводу, что сравнение этих генов в различных линиях млекопитающих обеспечит самый прямой путь к определению предкового состояния. (Этот метод обходит ограничения записи окаменелостей, которые иногда могут давать противоречивую или расплывчатую информацию о родстве между видами.)
«Возможность использовать молекулярные данные для ответа на такой вопрос - это то, чего мы не смогли сделать 10 лет назад», - говорит геномист Смитсоновского национального зоопарка Наталья Прадо-Овьедо, которая не была связана с исследованием. Важно отметить, что метод Шармы и Хиллера «работает [с любой интерпретацией летописи окаменелостей]».
Вы могли бы подумать, что эволюция яичка будет низко висящим плодом, но оказывается, что картина намного сложнее, чем могли себе представить исследователи. Слоны - только одна группа с яичками, укрытыми в животе. (балуда / Pixabay) Когда Шарма сравнил гены мошонки у 71 млекопитающего, он обнаружил, что четыре вида афротериан, у которых отсутствуют опущенные яички - ламантины, золотые кроты мыса, землеройки-слоны и тенреки (крошечные насекомые-млекопитающие, напоминающие ежей) - все несли несуществующие копии мошоночных генов . Затем Шарма использовал эту генетическую информацию, чтобы приблизиться, когда один из генов потерял функциональность у каждого вида. Когда гены становятся нефункциональными, больше нет необходимости поддерживать согласованность, и они начинают распадаться и накапливать мутации из-за пренебрежения. Чем больше ошибок несет последовательность генов, тем дольше она может быть потеряна.
Работая в обратном направлении, Шарма также отслеживала потерю спада яичка у всех четырех видов до 23-83 миллионов лет назад - случаи более недавние, чем предполагаемая дивергенция афротерианской линии 100 миллионов лет назад. В отличие от других млекопитающих, поскольку афротерианцы откололись от основной стаи, их яички не смогли сделать то же самое.
Шарма также обнаружил, что типы генетических ошибок, обнаруженных у этих четырех видов, отличаются друг от друга и, по-видимому, появляются в разные моменты времени. Если бы они были идентичными мутациями, Шарма предположил бы, что один предок аскротал передал одни и те же сломанные гены всем четырем видам одновременно. Но изменение показало, что мошонки исчезали в четырех отдельных случаях в течение эволюционной истории. Другими словами, эволюция «самостоятельно изобрела» неопущенные яички четыре раза.
В течение многих лет ученые знали, что одним из наиболее важных преимуществ мошонки является вентиляция: сперма млекопитающих созревает и лучше хранится при температуре на 2, 5–3 градуса Цельсия ниже, чем у остального тела, а выброс этих органов сохраняет их прохладными. Но мы гораздо менее уверены, является ли это причиной развития мошонки. Это классическая дилемма с петухом и яйцом: яички, возможно, покинули брюшную полость, потому что температура стала слишком жаркой, или сперматозоиды могли бы привыкнуть к простуде, потому что их уже вытеснили по какой-то другой причине.
(Существует множество других теорий, включая идею о том, что яички являются украшениями, обладающими мужским мужеством. Или, как считает детский уролог Джон Хатсон, яички были исключены как побочный продукт - или ошибка - другой анатомической перестройки.)
Но если температура является основным фактором, то исследователи должны ответить на один вопрос. Слоны и землеройки-слоны, которые оба держат свои яички запертыми в животе, имеют внутреннюю температуру тела, сходную с температурой тела человека. Как они справляются?
По словам Хиллера, у афротерианцев затраты (подверженность, уязвимость) могут просто перевесить преимущества (немного более низкая температура). Или, возможно, эти млекопитающие используют еще не обнаруженный метод поддержания своего холода. Чтобы привязать эти явления к удержанию яичка, генетикам, вероятно, придется объединить усилия с физиологами.
«Мы не можем полагаться только на генетику или только на ископаемые материалы», - говорит вычислительный биолог Мелисса Уилсон Сейрес из Университета штата Аризона. «Геномика сильна, но мы должны понимать это в сочетании с естественной историей и анатомией».
На данный момент, остальные из нас остались висеть.
