De fleste mannlige pattedyr bærer dyrebar last i en veldig usikker pakke. Eksterne testikler - som svinger delikat utenfor bukhulen i en eksponert, tynnhudet sekk - er følsomme, stikkende og utgjør et nydelig opplagt mål for alle fiender av menn (så vel som fotballer, herreløse knær og møbler på midjenivå). Så det er ingen overraskelse at utviklingen av nedstigede testikler har både forvirret og forvirret biologer i flere tiår.
Relatert innhold
- The Long, Winding Tale of Sperm Science
En studie publisert i dag i PLOS Biology tilbyr et svar på en av mysteriets største debatter: Ble de tidligste forfedrene dem opp eller ned? Forskerne konkluderer med at de første pattedyrene allerede hadde denne forvirrende egenskapen, med tusenvis av etterkommere som deretter arvet familiejuvelene på full skjerm. Likevel merkelig ser det ut til at interne testes siden har utviklet seg minst fire separate ganger.
Under embryonal utvikling hos menn, forandrer reproduktive strukturer seg til prototestene dypt i magen (hos kvinner fortsetter de samme strukturene til å danne eggstokker). Før fødselen kommer testikler ned gjennom magen og inn i pungen i en totrinns prosess. Denne nedadgående migrasjonen settes i gang gjennom handlingen fra to nøkkelgener, INSL3 og RXFP2 . Hvis du sletter en av disse "scrotal-genene" hos mus, blir testes 'sørgående bane fullstendig avspilt.
De få mannlige mennene som er født med uopplagte testikler (mellom 2 og 4 prosent) kan være i problemer: hvis tilstanden vedvarer til voksen alder, kan det bidra til brokk, infertilitet og testikkelkreft. Men for en helt annen gruppe av pattedyr er det ikke noe å ha pungen i det hele tatt. Pattedyrarter av Afrotheria clade - som inkluderer elefanter, manater, kappe gullmolder og steinhyrakser - holder i stedet testiklene sine inne i magen i en tilstand som kalles "testikondi."
Disse forskjellige trekkene har stilt et puslespill for evolusjonsbiologer: Holdte den felles stamfaren til alle levende pattedyr, som afrikanere og kvinnelige pattedyr, sine verdifulle forplantningsorganer i magen? Eller, som mennesker og de fleste andre pattedyrlinjer, bar den dem utenfor kroppen for at alle kunne se? Fordi bløtvev som testikler bevarer dårlig i fossilprotokollen, gjenstår ingen fysiske bevis for forfedres testikler, og plasseringen av forfedre mammale testikler har forblitt unnvikende.
Hovedforfatter Virag Sharma og seniorforfatter Michael Hiller, genomforskere ved Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics i Dresden, Tyskland, tok en genetisk tilnærming til debatten. Når de visste hvor kritiske scrotalgenene var for testikkelavstamming, resonerte de at sammenligning av disse genene i en rekke pattedyrlinjer ville gi den mest direkte ruten for å finne ut hvilken som helst forfedertilstand. (Denne metoden går utenom begrensningene i fossilprotokollen, som noen ganger kan gi motstridende eller vag informasjon om beslektighet mellom arter.)
"Å kunne bruke molekylære data for å svare på et spørsmål som dette, er noe vi ikke var i stand til å gjøre for 10 år siden, " sier Smithsonian National Zoo genomiker Natalia Prado-Oviedo, som ikke var tilknyttet studien. Det er viktig at Sharma og Hillers metode “fungerer [med enhver tolkning av fossilprotokollen].”
Du skulle tro at testikkelutvikling ville være lavt hengende frukt - men det viser seg at bildet er langt mer sammensatt enn forskere kunne ha forestilt seg. Elefanter er bare en gruppe med testikler som ligger i buken. (baluda / Pixabay) Da Sharma sammenlignet scrotalgener hos 71 pattedyr, fant han ut at fire afoteriske arter som manglet nedstikkede testikler - manater, kappe gullmolder, kappelefanter og tenrecs (bittesmå pattedyr med små insekter som likner pinnsvin) - alle bar bortlagte kopier av skrotgenene . Sharma brukte deretter denne genetiske informasjonen til å tilnærme seg når et av genene hadde mistet funksjonaliteten i hver art. Når gener blir ikke-funksjonelle, er det ikke lenger press for å opprettholde sammenheng, og de begynner å forfalne og akkumulere mutasjoner ut av omsorgssvikt. Jo flere feil en gensekvens bærer, desto lengre siden har det sannsynligvis gått tapt.
Ved å jobbe bakover sporet Sharma også tapet av testikkelnedstigning i alle fire artene for 23-83 millioner år siden - tilfeller som var mer nyere enn den estimerte divergensen i den afotherian avstamningen for 100 millioner år siden. I motsetning til andre pattedyr, da afrikanere delte seg fra hovedpakken, klarte ikke testiklene å gjøre det samme.
Sharma fant også ut at de typer genetiske feil som ble funnet i disse fire artene, alle skilte seg fra hverandre, og tilsynelatende dukket opp på separate tidspunkt. Hadde de vært identiske mutasjoner, ville Sharma ha utledet at en enkelt ascrotal stamfar hadde passert de samme ødelagte genene på alle fire artene samtidig. Men variasjonen viste at scrota forsvant ved fire separate anledninger i løpet av evolusjonshistorien. Evolusjonen “uavhengig oppfunnet” tester med andre ord fire ganger.
Forskere har visst i årevis at en av de viktigste fordelene med scrota er ventilasjon: Sæd fra pattedyr modnes og lagres bedre ved temperaturer 2, 5 til 3 grader lavere enn resten av kroppen, og å rase disse organene holder dem svale. Men vi er langt mindre sikre på om dette er grunnen til at undersøkelsen utviklet seg. Det er et klassisk hane-og-egg-dilemma: testikler kan ha flyktet fra magen fordi temperaturene ble for velsmakende, eller sæd kan ha tilpasset seg å elske chill fordi de allerede hadde blitt pustet ut av en eller annen grunn.
(Andre teorier florerer, inkludert ideen om at testikler er ornamenter som kan skryte av mannlig virilitet. Eller kanskje, som barnelege John Hutson mener, testikler ble utvist som et biprodukt - eller feil) av en annen anatomisk omorganisering.)
Men hvis temperatur er hovedfaktoren, er det fremdeles ett puslespill forskere må svare på. Elefanter og elefantkapper - som begge holder testiklene deres fastlåst i magen - har indre kroppstemperaturer som for mennesker. Hvordan takler de det?
Hos afrikanere kan kostnadene (eksponering, sårbarhet) ganske enkelt oppveie fordelene (litt kjøligere temperatur), sier Hiller. Eller kanskje bruker disse pattedyrene en ennå uoppdaget metode for å opprettholde chill. For å knytte disse fenomenene til testikkelretensjon, vil genetikere sannsynligvis måtte slå seg sammen med fysiologer.
"Vi kan ikke stole på bare genetikk eller bare fossilprotokollen alene, " sier beregningsbiologen Melissa Wilson Sayres fra Arizona State University. "Genomikk er kraftig, men vi må forstå det i samsvar med naturhistorie og anatomi."
Foreløpig blir resten av oss hengende.
