De meeste mannelijke zoogdieren vervoeren kostbare lading in een vreselijk precair pakket. Externe testikels - die subtiel buiten de buikholte slingeren in een blootgestelde zak met een dunne huid - zijn gevoelig, kieskeurig en vormen een overduidelijk doelwit voor alle vijanden van mannen (evenals voetballen, verdwaalde knieën en meubels op heuphoogte). Het is dus geen verrassing dat de evolutie van ingedaalde testikels biologen al tientallen jaren verbijsterd en verbijsterd heeft.
gerelateerde inhoud
- The Long, Winding Tale of Sperm Science
Een studie die vandaag in PLOS Biology is gepubliceerd, biedt een antwoord op een van de grootste debatten van het mysterie: hebben onze vroegste voorouders ze versleten of versleten? De onderzoekers concluderen dat de eerste zoogdieren deze verbijsterende eigenschap al hadden, waarna millennia afstammelingen de familiejuwelen volledig zouden erven. Vreemd genoeg lijkt het erop dat interne testikels sindsdien minstens vier afzonderlijke tijden zijn geëvolueerd.
Tijdens de embryonale ontwikkeling van mannelijke mannetjes veranderen de voortplantingsstructuren in proto-testes diep in de buik (bij vrouwen vormen deze zelfde structuren vervolgens eierstokken). Voorafgaand aan de geboorte dalen testes in twee stappen door de buik en in het scrotum. Deze neerwaartse migratie wordt in gang gezet door de actie van twee belangrijke genen, INSL3 en RXFP2 . Het verwijderen van een van deze 'scrotale genen' bij muizen ontspoort het zuidelijke traject van de testes volledig.
De weinige menselijke mannen die worden geboren met niet-ingedaalde testikels (tussen de 2 en 4 procent) kunnen in de problemen komen: als de aandoening op volwassen leeftijd aanhoudt, kan dit bijdragen aan hernia's, onvruchtbaarheid en zaadbalkanker. Maar voor een hele andere groep zoogdieren is helemaal geen scrotum de norm. Zoogdierensoorten van de Afrotheria-clade - waaronder olifanten, zeekoeien, cape gouden mollen en rotshyraxen - houden in plaats daarvan hun testikels in de buik in een toestand die 'testicondy' wordt genoemd.
Deze uiteenlopende eigenschappen hebben een raadsel gevormd voor evolutionaire biologen: heeft de gemeenschappelijke voorouder van alle levende zoogdieren, zoals Afrotherians en vrouwelijke zoogdieren, zijn waardevolle voortplantingsorganen in zijn buik bewaard? Of droeg het hen, net als mensen en de meeste andere zoogdierstammen, buiten zijn lichaam zodat iedereen het kon zien? Omdat zachte weefsels zoals testikels slecht bewaard blijven in het fossielenbestand, is er geen fysiek bewijs van vooroudertestes en is de locatie van voorouderlijke zoogdiertestes ongrijpbaar gebleven.
Hoofdauteur Virag Sharma en seniorauteur Michael Hiller, genomicists van het Max Planck Instituut voor moleculaire celbiologie en genetica in Dresden, Duitsland, namen een genetische benadering van het debat aan. Omdat ze wisten hoe kritisch de scrotumgenen waren voor de testiculaire afkomst, redeneerden ze dat het vergelijken van deze genen in een verscheidenheid aan zoogdierstammen de meest directe weg zou zijn om de voorouderlijke staat te bepalen. (Deze methode omzeilt de beperkingen van het fossielenbestand, dat soms conflicterende of vage informatie kan opleveren over verwantschap tussen soorten.)
"Het is iets dat we 10 jaar geleden niet konden doen om moleculaire gegevens te gebruiken om een vraag als deze te beantwoorden", zegt genomicoloog Natalia Prado-Oviedo, Smithsonian National Zoo, die niet bij de studie was aangesloten. Belangrijk is dat de methode van Sharma en Hiller 'werkt [met elke interpretatie van het fossielenbestand].'
Je zou denken dat testikelevolutie laaghangend fruit zou zijn - maar het blijkt dat het beeld veel complexer is dan onderzoekers zich hadden kunnen voorstellen. Olifanten zijn slechts één groep met testikels in de buik. (baluda / Pixabay) Toen Sharma scrotumgenen bij 71 zoogdieren vergeleek, ontdekte hij dat vier Afrotherian soorten afstammende testikels misten - zeekoeien, cape gouden mollen, cape-olifantenmosselen en tenrecs (kleine insecten-chomping zoogdieren die op egels lijken) - alle droeg kopieën van de scrotum genen . Sharma gebruikte vervolgens deze genetische informatie om bij benadering te bepalen wanneer een van de genen functionaliteit in elke soort had verloren. Wanneer genen niet-functioneel worden, is er geen druk meer om de samenhang te behouden en beginnen ze te vervallen en accumuleren mutaties uit verwaarlozing. Hoe meer fouten een gensequentie met zich meebrengt, hoe langer geleden het waarschijnlijk verloren is gegaan.
Door achteruit te werken, volgde Sharma ook het verlies van testiculaire afstamming bij alle vier soorten tot 23-83 miljoen jaar geleden - exemplaren die allemaal recenter zijn dan de geschatte divergentie van de Afrotheriaanse afkomst 100 miljoen jaar geleden. In tegenstelling tot andere zoogdieren, omdat Afrotherians zich afsplitsten van het hoofdpakket, slaagden hun testes er niet in hetzelfde te doen.
Sharma ontdekte ook dat de soorten genetische fouten die in deze vier soorten werden gevonden allemaal van elkaar verschilden en blijkbaar op verschillende tijdstippen verschenen. Als het identieke mutaties waren geweest, zou Sharma hebben afgeleid dat een enkele ascrotale voorouder dezelfde gebroken genen op alle vier de soorten tegelijk had doorgegeven. Maar de variatie toonde aan dat scrota bij vier verschillende gelegenheden in de loop van de evolutionaire geschiedenis verdween. Met andere woorden, evolutie heeft vier keer “onafhankelijk uitgevonden” niet-ingedaalde testikels.
Wetenschappers weten al jaren dat ventilatie een van de belangrijkste voordelen van scrota is: sperma van zoogdieren rijpt en slaat beter op bij een temperatuur van 2, 5 tot 3 graden Celsius lager dan de rest van het lichaam, en het weggooien van deze organen houdt ze koel. Maar we zijn veel minder zeker of dit de reden is dat scrota is geëvolueerd. Het is een klassiek haan-en-ei-dilemma: testikels zijn mogelijk de buik ontvlucht omdat de temperaturen te geroosterd zijn, of sperma kan zijn aangepast om van de kou te houden omdat ze al om een andere reden waren verdreven.
(Andere theorieën zijn er in overvloed, inclusief het idee dat testes ornamenten zijn die mannelijke mannelijkheid hebben. Of misschien, zoals pediatrische uroloog John Hutson gelooft, werden testes verdreven als een bijproduct - of fout - van een andere anatomische herschikking.)
Maar als temperatuur de belangrijkste factor is, dan is er nog een puzzel die onderzoekers moeten beantwoorden. Olifanten en olifantenkaapscherven - die beide hun testikels opgesloten in de buik houden - hebben interne lichaamstemperaturen die vergelijkbaar zijn met die van mensen. Hoe gaan ze ermee om?
Bij Afrotherians kunnen de kosten (blootstelling, kwetsbaarheid) eenvoudig opwegen tegen de voordelen (iets lagere temperatuur), zegt Hiller. Of misschien gebruiken deze zoogdieren een nog niet ontdekte methode om hun kilte te behouden. Om deze fenomenen aan testiculaire retentie te binden, zullen genetici waarschijnlijk hun krachten moeten bundelen met fysiologen.
"We kunnen niet alleen vertrouwen op genetica of alleen op het fossielenbestand", zegt computerbiologe Melissa Wilson Sayres van de Arizona State University. "Genomics is krachtig, maar we moeten het begrijpen in samenhang met de natuurlijke geschiedenis en anatomie."
Voor nu blijven de rest van ons hangen.
