آیا موش‌ها انسان را از انقراض نجات می‌دهند؟

خبر خوب این است که دو شاخه از جوندگان قبلا کروموزوم Y خود را از دست داده‌اند و همچنان به بقا و زندگی ادامه داده‌اند و می‌توانند داستان آینده‌ی ما را تعریف کنند.

مقاله جدیدی که به سرپرستی جنی گریوز، استاد برجسته ژنتیک و معاونت دانشگاه لاتروب(La Trobe) استرالیا در مجله National Academy of Science منتشر شده، نشان می‌دهد که چگونه موش خاردار یا تیغی‌موش(spiny rat) یک ژن جدید تعیین کننده نر را تکامل داده است.

کروموزوم Y چگونه جنسیت انسان را تعیین می‌کند؟

در انسان‌ها مانند دیگر پستانداران، ماده‌ها دارای دو کروموزوم X و نرها دارای یک X منفرد و یک کروموزوم کوچک به نام Y هستند. البته این نام‌ها هیچ ارتباطی با شکل آنها ندارند و در واقع بکار بردن حرف X به منظور ناشناخته بودن آن بوده است.

کروموزوم X حاوی حدود ۹۰۰ ژن است که انواع کارهای غیر مرتبط با جنسیت را انجام می‌دهند. اما کروموزوم Y حاوی تعداد کمی ژن(حدود ۵۵) و تعداد زیادی دی‌ان‌ای غیر کد شده است که یک دی‌ان‌ای تکراری ساده است که به نظر نمی‌رسد کاری انجام دهد.

اما کروموزوم Y به دلیل اینکه حاوی یک ژن بسیار مهم است که رشد نرینه یا مردانه را در جنین آغاز می‌کند، بسیار مهم است. این ژن اصلی در حدود ۱۲ هفته پس از لقاح، ژن‌های دیگری را که رشد بیضه را تنظیم می‌کنند، روشن می‌کند. بیضه‌ی جنینی، هورمون‌های مردانه(تستوسترون و مشتقات آن) را تولید می‌کند که باعث می‌شود کودک به عنوان یک پسر رشد کند.

این ژن اصلی جنسی به ‌عنوان SRY(ناحیه جنسی در کروموزوم Y) در سال ۱۹۹۰ شناسایی شد. این ژن با راه‌اندازی یک مسیر ژنتیکی کار می‌کند که با ژنی به نام SOX۹ شروع می‌شود که برای تعیین نرینگی در همه مهره‌داران کلیدی است، اگرچه روی کروموزوم‌های جنسی قرار ندارد.

ناپدید شدن کروموزوم Y

اغلب پستانداران کروموزوم X و Y مشابه کروموزوم ما دارند. یک X با تعداد زیادی ژن و یک Y با SRY به اضافه چند ژن دیگر. این سیستم به دلیل دوز نابرابر ژن X در مردان و زنان با مشکلاتی همراه است.

اما چگونه چنین سیستم عجیب و غریبی تکامل یافته است؟ یافته شگفت‌انگیز دانشمندان این است که موجودی به نام پلاتیپوس در استرالیا کروموزوم‌های جنسی کاملاً متفاوتی دارد که بیشتر شبیه به کروموزوم‌های پرندگان است.

در پلاتیپوس، جفت XY فقط یک کروموزوم معمولی با دو عضو مساوی است. این نشان می‌دهد که کروموزوم‌های X و Y پستانداران تا چندی پیش، یک جفت کروموزوم معمولی بوده‌اند.

این به نوبه خود باید به این معنی باشد که کروموزوم Y بین ۵۵ تا ۹۰۰ ژن فعال را طی ۱۶۶ میلیون سالی که انسان و پلاتیپوس به طور جداگانه در حال فرگشت یا تکامل بوده‌اند، از دست داده است. این برابر با از دست دادن حدود پنج ژن در هر میلیون سال است. بنابراین اگر این روند با همین سرعت پیش رود، ۵۵ ژن پایانی در ۱۱ میلیون سال آینده از بین خواهند رفت.

دانشمندان این مطالعه می‌گویند ادعای ما مبنی بر مرگ قریب‌الوقوع کروموزوم Y در انسان موجب ایجاد یک اضطراب عمومی شد و تا به امروز ادعاهای متقابلی در مورد طول عمر مورد انتظار کروموزوم Y و تخمین‌هایی بین عمر بی‌نهایت تا چند هزار ساله آن مطرح شده است.

جوندگان فاقد کروموزوم Y

خبر خوب این است که ما دو دودمان از جوندگان را می‌شناسیم که قبلا کروموزوم Y خود را از دست داده‌اند و هنوز زنده هستند.

موش‌های کور اروپای شرقی و تیغ‌موشان ژاپنی هر کدام دارای گونه‌هایی هستند که کروموزوم Y و SRY در آنها کاملاً ناپدید شده‌اند و کروموزوم X به شکل منفرد یا دوتایی در هر دو جنس باقی مانده است.

اگرچه هنوز مشخص نیست که موش‌های کور چگونه جنسیت خود را بدون وجود ژن SRY تعیین می‌کنند، اما گروهی از دانشمندان به سرپرستی آساتو کورویوا زیست‌شناس دانشگاه هوکایدو در ژاپن شانس بیشتری با مطالعه تیغ‌موش‌ها داشتند که گروهی متشکل از سه گونه در معرض خطر انقراض در جزایر مختلف ژاپن هستند.

این گروه پژوهشی کشف کرد که بیشتر ژن‌های کروموزوم Y در تیغ‌موشان به کروموزوم‌های دیگر منتقل شده‌اند، اما هیچ نشانه‌ای از SRY یا ژنی که جایگزین آن شود، پیدا نکرد.

دانشمندان اکنون بالاخره یک شناسایی موفق داشته‌اند. این گروه توالی‌هایی را یافته است که در ژنوم نرها وجود دارد، اما در ماده‌ها نیست. سپس آن‌ها را اصلاح کردند و توالی را روی هر موش آزمایش کردند.

چیزی که دانشمندان کشف کردند، یک تفاوت کوچک در نزدیکی ژن جنسی کلیدی SOX۹ در کروموزوم ۳ تیغ‌موش بود. یک تکرار کوچک(تنها ۱۷ هزار جفت پایه از میان بیش از ۳ میلیارد) در همه نرها وجود داشت، در حالی که در هیچ ماده‌ای وجود نداشت.

دانشمندان می‌گویند که این قطعه کوچک دی‌ان‌ای تکراری، حاوی سوئیچی است که معمولاً SOX۹ را در پاسخ به SRY روشن می‌کند. هنگامی که آنها این تکرار را در موش‌ها یافتند، متوجه شدند که فعالیت SOX۹ را افزایش می‌دهد، بنابراین این تغییر می‌تواند به SOX۹ اجازه دهد بدون SRY کار کند.

این کشف چه معنایی برای آینده انسان دارد؟

ناپدید شدن قریب الوقوع کروموزوم Y در انسان، گمانه‌زنی‌هایی را در مورد آینده ما برانگیخته است.

برخی از مارمولک‌ها و مارها فقط گونه‌ی ماده دارند و می‌توانند از طریق آنچه به نام بکرزایی(parthenogenesis) شناخته می‌شود، از ژن‌های خود تخم بسازند.

بکرزایی نوعی تولید جنسی است که در آن از تخمک لقاح‌نیافته، یک موجود زنده کامل به وجود می‌آید. این پدیده در تعداد زیادی از بی‌مهرگان و مهره‌داران شامل گونه‌هایی نظیر کرم‌های لوله‌ای، شکم‌پایان، سخت‌پوستان، حشرات به خصوص زنبور عسل و زنبور بی‌عسل، ماهی‌ها، دوزیستان و خزندگان نظیر بعضی مارها دیده می‌شود.

در برخی گونه‌ها بکرزایی به ندرت و در شرایط خاصی صورت می‌گیرد که در این گونه‌ها معمولاً بکرزایی و تولید مثل جنسی به‌ طور متناوب انجام می‌شود، یعنی چندین نسل از طریق بکرزایی تولید مثل کرده و در برخی شرایط دوباره از طریق جنسی تولید مثل صورت می‌گیرد. درحقیقت بکرزایی در برخی گونه‌ها به عنوان نوعی سازگاری برای بقا در شرایط فشارهای محیطی و کاهش شدید تعداد افراد جمعیت رخ می‌دهد.

اما این اتفاق نمی‌تواند در انسان یا سایر پستانداران رخ دهد، زیرا ما حداقل ۳۰ ژن حیاتی داریم که تنها در صورتی کار می‌کنند که از پدر از طریق اسپرم گرفته شوند.

انسان برای تولید مثل به اسپرم و وجود مردان نیاز دارد، به این معنی که پایان کروموزوم Y می‌تواند انقراض نسل بشر را رقم بزند. اما این یافته جدید از یک احتمال جایگزین پشتیبانی می‌کند، اینکه انسان‌ها می‌توانند یک ژن جدید تعیین کننده جنسیت را تکامل دهند.

با این حال، تکامل یک ژن جدید تعیین کننده‌ی جنسیت با خطراتی همراه است. به عنوان مثال اگر بیش از یک سیستم جدید در نقاط مختلف جهان تکامل یابد چه می‌شود؟

وقوع یک جنگ بر سر ژن‌های جنسی می‌تواند منجر به جدایی و تفکیک گونه‌های جدید شود و این دقیقاً همان چیزی است که در مورد موش‌های کور و تیغ‌موشان اتفاق افتاده است.

بنابراین اگر کسی ۱۱ میلیون سال دیگر از زمین بازدید کند، ممکن است هیچ انسانی نبیند یا اینکه با چندین گونه مختلف انسانی که توسط سیستم‌های مختلف تعیین جنسیت از هم جدا شده‌اند، مواجه شود.