Οι χαζές γάτες δείχνουν γιατί είναι καλύτερο να είσαι θηλυκό
Εάν δεν έχετε παρατηρήσει ποτέ πραγματικά τη μεγάλη γκάμα χρωμάτων που μπορεί να κοσμεί την οικόσιτη γάτα, ίσως θελήσετε να αφιερώσετε λίγο χρόνο κοιτάζοντας τα επίσημα χρωματικά διαγράμματα του ιστότοπου Cat Fanciers Association. Σύμφωνα με την ένωση, η οποία ισχυρίζεται ότι διατηρεί το μεγαλύτερο μητρώο γενεαλογικών γατών, οι γάτες μπορούν να προέρχονται από φώκια λύγκα και σκουμπρί τιγρέ, τσιντσιλά ασήμι και κρεμ καπνό, μπλε μπαλώματα και μπλε σημείο. Υπάρχουν γάτες με γάντια και γάτες βαν, καθώς και πιο προφανείς γάτες που μπορεί πραγματικά να μπορείτε να φανταστείτε στο μυαλό σας, σαν «πράσινα μάτια λευκά». (Εδώ είναι μια πολύ λεπτομερής αφίσα που δείχνει μεγάλο μέρος της πολυπλοκότητας στη διάκριση των φυλών.)
Αυτό το κουτί γούνας Crayola ενεργοποιείται από μια χούφτα γονιδίων, που αξιοποιούνται από μια μακρά ιστορία ανθρώπων που έχουν εμμονή με τους πιο σπάνιους ή πιο όμορφους ή πιο εντυπωσιακούς συνδυασμούς. Αλλά σε αυτόν τον κόσμο της δυνατότητας γάτας, ίσως το πιο παράξενο και πιο ενδιαφέρον από όλα είναι η κοινή γάτα calico. Όλα τα τσίτι (και όλα τα κοχύλια χελώνας) έχουν κηλίδες από μαύρη και πορτοκαλί γούνα. Είναι επίσης σχεδόν πάντα θηλυκά. Ο λόγος για τον οποίο έχει να κάνει με ένα γενετικό φαινόμενο που φτάνει στις ίδιες τις ρίζες του τι σημαίνει να είσαι γυναίκα.
Μόλις πριν από λίγο περισσότερο από εκατό χρόνια, οι βιολόγοι συνειδητοποίησαν ότι τα αρσενικά και τα θηλυκά θηλαστικά ήταν στην πραγματικότητα διαφορετικά στη δομή των χρωμοσωμάτων τους, στις συσκευασίες που φιλοξενούν το DNA τους, με τα θηλυκά να έχουν δύο χρωμοσώματα Χ και τα αρσενικά με ένα Χ και ένα Υ. Αλλά το περίεργο ήταν ότι το ανθρώπινο σώμα δούλευε τέλεια με κάθε τρόπο. Κανονικά, η διακύμανση στον αριθμό των χρωμοσωμάτων προκαλεί σημαντική γενετική ασθένεια. Για παράδειγμα, άτομα με επιπλέον αντίγραφο του χρωμοσώματος 21 έχουν σύνδρομο Down, το οποίο συνήθως συνοδεύεται από αναπτυξιακά και γνωστικά προβλήματα. Δεδομένου ότι τα θηλυκά έχουν διπλάσια γονίδια χρωμοσώματος Χ, θα πρέπει να έχουν διπλάσια ποσότητα πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται από αυτά τα γονίδια, οδηγώντας σε πολλά βιολογικά λάθη. Κι όμως είναι υγιείς. Στις γυναίκες, προφανώς υπήρχε κάποιο κόλπο που αντιστάθμιζε τον διπλασιασμό του χρωμοσώματος Χ, αλλά ήταν ένα μυστήριο.
Το 1959 ένας ερευνητής παρατήρησε ότι σε κύτταρα από θηλυκά θηλαστικά, ένα από τα δύο χρωμοσώματα Χ φαινόταν αστείο κατά την περίοδο ηρεμίας του κυτταρικού κύκλου. συρρικνώθηκε σε μια σταγόνα και κόλλησε στην εξωτερική άκρη του πυρήνα του κυττάρου. Για να μεταγραφούν τα γονίδια, ένα χρωμόσωμα πρέπει να χαλαρώσει τη δομή του, έτσι ώστε το DNA του να είναι προσβάσιμο από τον μηχανισμό μεταγραφής. Αυτά τα χρωμοσώματα, ένα μέσα σε κάθε κύτταρο, έμοιαζαν ότι δεν θα μπορούσαν να κάνουν τίποτα.
Δύο χρόνια αργότερα, η Βρετανίδα γενετιστής Mary Lyon είχε την ιδέα ότι αυτό που κοίταζε ήταν επίσης ο τρόπος με τον οποίο τα γυναικεία κύτταρα αντισταθμίζουν το διπλάσιο Χ. Πρότεινε κάθε κύτταρο να απενεργοποιεί τυχαία και μόνιμα ένα από τα χρωμοσώματά του, απενεργοποιώντας ένα από αυτά και εμποδίζοντας το κύτταρο να κατακλυστεί από πρωτεΐνη. Είχε δίκιο και η ανακάλυψη της απενεργοποίησης Χ (τώρα ονομάζεται μερικές φορές λυονισμός) ήταν η πρώτη περιγραφή ενός επιγενετικού φαινομένου—η συνειδητοποίηση ότι η γονιδιακή δραστηριότητα μπορεί να αλλάξει μόνιμα από κάτι άλλο εκτός από κληρονομικές αλλαγές στο DNA.
Από τότε, έχουν γίνει περισσότερες λεπτομέρειες:Όταν ένα ωάριο (το οποίο έχει μόνο ένα χρωμόσωμα Χ) συναντά για πρώτη φορά και ενώνεται με ένα σπερματοζωάριο που έχει ένα χρωμόσωμα Χ (το μισό των σπερματοζωαρίων έχει Xs και οδηγεί σε κορίτσια, τα μισά έχουν Ys και οδηγούν σε αγόρια), και τα δύο χρωμοσώματα Χ είναι ενεργά. Το γονιμοποιημένο ωάριο μεγαλώνει και διαιρείται σε μια μπάλα εκατοντάδων κυττάρων, με ενεργά και τα δύο X. Στη συνέχεια, μετά από λίγο περισσότερο από μια εβδομάδα, ένα γονίδιο που ονομάζεται XIST Το (Χ-ανενεργό ειδικό μεταγράφημα) αναδύεται σε δράση, παράγοντας ένα RNA που δεσμεύει σφιχτά ένα από τα δύο χρωμοσώματα, τυλίγοντάς το τόσο σφιχτά ώστε να εμποδίζει σχεδόν όλα τα γονίδιά του να μεταγραφούν. Το σιγασμένο χρωμόσωμα Χ θα παραμείνει έτσι σε όλη τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου. Κάθε φορά που διαιρείται, τα θυγατρικά του κύτταρα θα διατηρούν το ίδιο μοτίβο αδρανοποίησης.
Το σύστημα λειτουργεί το ίδιο σε όλα τα θηλυκά πλακουντιακά θηλαστικά. (Τα μαρσιποφόρα έχουν το δικό τους περίεργο σύστημα για να κάνουν το ίδιο πράγμα.) Αλλά στις γάτες με κάλυμμα και ταρταρούγα, γίνεται υπέροχα ορατό.
Στο χρωμόσωμα Χ της γάτας υπάρχει ένα γονίδιο στο χρώμα του δέρματος και της γούνας που έχει δύο παραλλαγές (αλληλόμορφα) που υπαγορεύουν είτε την πορτοκαλί γούνα είτε τη μαύρη γούνα. Εάν μια θηλυκή γάτα κληρονομήσει ένα χρωμόσωμα Χ με το μαύρο αλληλόμορφο και ένα με την πορτοκαλί εκδοχή, κάθε κύτταρο θα έχει και τις δύο εκδοχές, αλλά η απενεργοποίηση Χ σημαίνει ότι ορισμένα από τα κύτταρα του δέρματός της θα κωδικοποιούν για το πορτοκαλί και μερικά για το μαύρο. Η αδρανοποίηση συμβαίνει πολύ νωρίς στην ανάπτυξη, όταν η γάτα που γεννιέται είναι ακόμα απλώς μια μπάλα κυττάρων και η ιδιαίτερη φύση του ιστού του δέρματος είναι ότι τα κύτταρα και οι απόγονοί τους παραμένουν κοντά μεταξύ τους. Ένα από αυτά τα αρχέγονα προγονικά κύτταρα του δέρματος που τυχαίνει να έχει ένα ενεργό πορτοκαλί αλληλόμορφο θα δημιουργήσει μια συνεκτική μάζα εκατομμυρίων κυττάρων στην πλήρως ανεπτυγμένη γάτα, σχηματίζοντας μια μεγάλη πορτοκαλί κηλίδα. Το ίδιο ισχύει για όσους κωδικοποιούν για μαύρο. (Τα κοχύλια χελωνών είναι εντελώς μαύρα και πορτοκαλί, αλλά οι τσίτιοι έχουν λευκό χρώμα στην κοιλιά, στο στήθος και στα πόδια τους λόγω ενός άλλου γονιδίου που προκαλεί φαλάκρα—περιοχές χωρίς καθόλου χρωστική ουσία στο δέρμα και τη γούνα.)
Το μοτίβο είναι τυχαίο, έτσι ώστε να μην είναι όμοια δύο τσίτι ή κοχύλια χελώνας. Το καθένα είναι και μια πορτοκαλί και μια μαύρη γάτα, και δεν θα υπάρξει ποτέ ξανά μια σαν αυτήν. Τα πανομοιότυπα δίδυμα δεν έχουν καν τα ίδια μπαλώματα, επειδή η τύχη υπαγορεύει ποια χρωμοσώματα Χ είναι απενεργοποιημένα και επομένως ποια κύτταρα φέρουν το πορτοκαλί χαρακτηριστικό και ποια κωδικοποιούν για το μαύρο. Η πρώτη γάτα που κλωνοποιήθηκε ήταν ένα τσίτι του οποίου ο κλώνος έμοιαζε πολύ διαφορετικός από αυτήν. Ένα κελί από το Rainbow the calico έγινε CC, το οποίο είναι σκούρο γκρι («μπλε», στην επίσημη ορολογία CFA) και λευκό. (Το ουράνιο τόξο ήταν ένας λιγότερο κοινός τύπος τσίτου, στο οποίο τα σκούρα μπαλώματα δεν είναι καθαρά μαύρα αλλά σκούρα τιγρέ γκρι, ένα μοτίβο που μερικές φορές ονομάζεται caliby.) Το συμπέρασμα:Το κύτταρο που οδήγησε στο CC ήταν ένα στο οποίο το μαύρο αλληλόμορφο ήταν ενεργό και το πορτοκαλί ανενεργό.
Η αδρανοποίηση Χ παίζει διαφορετικά σε άλλα μέρη του σώματος, έτσι ώστε ορισμένοι ιστοί να έχουν μεγάλα μπαλώματα με μόνο το μητρικό Χ ή το πατρικό Χ και άλλοι ιστοί περιλαμβάνουν ο καθένας πασπαλισμένος με τον άλλο. Σε μια μελέτη του 2014 με ποντίκια, ο Jeremy Nathans του Πανεπιστημίου Johns Hopkins σημείωσε τα Xs με κόκκινο ή πράσινο χρώμα, ανάλογα με το ποιο από τα δύο χρωμοσώματα ήταν ενεργό. Το αποτέλεσμα ήταν εκπληκτική ποικιλία σχεδίων:μεγάλες κηλίδες κόκκινου και πράσινου στην εντερική επένδυση, ραβδώσεις στον λείο μυ του εντέρου, μικροσκοπικές ράβδους στον εγκέφαλο. Όσον αφορά τις συνέπειες που μπορεί να υπάρχουν για το πλάσμα στο σύνολό του, υπάρχουν ακόμη λίγες απαντήσεις.
Γενικά, το φαινόμενο της απενεργοποίησης Χ έχει υποτιμηθεί και δεν έχει μελετηθεί, λέει η Barbara Migeon, καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Γενετικής Ιατρικής Johns Hopkins. Όταν η Mary Lyon πρότεινε για πρώτη φορά την ιδέα της X-απενεργοποίησης, η Migeon μόλις ξεκινούσε τη συντροφιά της στη γενετική και εθίστηκε. «Ήμουν στο σωστό μέρος τη σωστή στιγμή», λέει τώρα. Έκτοτε, έχει μελετήσει τους μηχανισμούς και τις συνέπειές της και την οδήγησε να προτείνει μια θεωρία:Η απενεργοποίηση Χ δίνει στις γυναίκες ένα εγγενές γενετικό πλεονέκτημα.
Η ιδέα είναι βασικά ότι τα θηλυκά θηλαστικά έχουν απλώς περισσότερες επιλογές, επειδή τα κύτταρα στο σώμα τους είναι πιο διαφορετικά:Έχουν δύο διαφορετικά χρωμοσώματα Χ με δύο διαφορετικά σύνολα παραλλαγών γονιδίων. Αυτό το μεγαλύτερο εύρος δυνατοτήτων επιτρέπει στις γυναίκες να επιβιώσουν από ασθένειες που ακρωτηριάζουν ή σκοτώνουν τα αρσενικά, ένα αποτέλεσμα που διερευνά στο βιβλίο της το 2007, Τα θηλυκά είναι μωσαϊκά . «Έχουμε πλεονέκτημα τόσο στην υγεία όσο και στις ασθένειες», λέει. "Είναι το γεγονός ότι έχουμε ετερογένεια για πολλές πρωτεΐνες και μπορούμε να δημιουργήσουμε νέες πρωτεΐνες που δεν παράγουν τα αρσενικά."
Το γυναικείο γενετικό πλεονέκτημα είναι προφανές στην περίπτωση ασθενειών που συνδέονται με το Χ, οι οποίες προκαλούνται από μια μετάλλαξη στο χρωμόσωμα Χ. Δεδομένου ότι τα αρσενικά έχουν μόνο ένα χρωμόσωμα Χ, εάν έχουν μια μετάλλαξη εκεί, έχουν μόνο αυτό το μεταλλαγμένο αντίγραφο. Χωρίς καλή εκδοχή για να ξαναπατήσουν, αρρωσταίνουν πολύ ή πεθαίνουν. Αλλά οι γυναίκες έχουν σχεδόν πάντα ένα άλλο αντίγραφο του γονιδίου που είναι φυσιολογικό και μπορεί να αντισταθμίσει. Με αυτό το εφεδρικό σύστημα, παραμένουν σχετικά υγιείς ή μερικές φορές δεν έχουν καθόλου συμπτώματα. Ο Migeon το θέτει ως εξής:Ένα θηλυκό είναι ένα σύνθετο από δύο αναμεμειγμένους κυτταρικούς πληθυσμούς που μοιράζονται γονιδιακά προϊόντα μεταξύ τους. Το αποτέλεσμα είναι ένας οργανισμός που είναι εγγενώς πιο ανθεκτικός.
Ένα παράδειγμα είναι η νόσος Fabry, μια σπάνια πάθηση που προκαλείται από μια μετάλλαξη στο GLA γονίδιο που διαταράσσει την παραγωγή ενός ενζύμου που ονομάζεται άλφα-γαλακτοσιδάση Α. Χωρίς λειτουργικά ένζυμα, ένας τύπος λίπους συσσωρεύεται στα κύτταρα σε όλο το σώμα, οδηγώντας σε καταρράκτη, εγκεφαλικά επεισόδια, νεφρική ανεπάρκεια και άλλα σοβαρά συμπτώματα.
Μια γυναίκα που κληρονομεί τη μετάλλαξη έχει συνήθως μόνο ένα κακό αντίγραφο. το καλό γονίδιο στο άλλο της Χ τη σώζει από αυτή τη μοίρα. Παρόλο που μόλις τα μισά κύτταρά της παράγουν λειτουργική πρωτεΐνη, τη μοιράζονται με τα άρρωστα κύτταρα ή απλώς αναλαμβάνουν τη δουλειά τους. Μια γυναίκα με GLA Η μετάλλαξη συνήθως θα έχει ηπιότερα συμπτώματα ή συμπτώματα που ξεκινούν αργά στη ζωή. (Παρεμπιπτόντως, αυτό είναι επίσης που διατηρεί τη μετάλλαξη στο είδος:οι γυναίκες ζουν αρκετά για να περάσουν το γονίδιο στην επόμενη γενιά.) Η μυϊκή δυστροφία Duchenne λειτουργεί σχεδόν με τον ίδιο τρόπο - με σπάνιες εξαιρέσεις, μόνο τα αγόρια επηρεάζονται, λόγω μετάλλαξη ενός γονιδίου στο χρωμόσωμα Χ.
Ορισμένες γενετικές διαταραχές που συνδέονται με το Χ είναι τόσο σοβαρές που μόνο οι γυναίκες τις έχουν, επειδή μόνο αυτές μπορούν να επιβιώσουν αρκετά. τα αρσενικά με την ίδια μετάλλαξη πεθαίνουν πριν γεννηθούν ή λίγο μετά τη γέννηση. Το σύνδρομο Rett, που προκαλεί συμπτώματα που μοιάζουν με αυτισμό, είναι ένα από αυτά. Incontinentia pigmenti, μια μετάλλαξη στο IKBKG Το γονίδιο που προκαλεί προβλήματα με το δέρμα, τα μάτια και τα δόντια, είναι επίσης σχεδόν εξ ολοκλήρου γυναικεία ασθένεια.
Ο Migeon επισημαίνει ότι οι άνδρες πεθαίνουν με υψηλότερα ποσοστά από τις γυναίκες σε κάθε ηλικία, από τη γέννηση έως την τρίτη ηλικία, μια διαφορά που συνήθως οφείλεται στις ανδρικές ορμόνες, στο μεγαλύτερο σωματικό μέγεθος ή στη συμπεριφορά ανάληψης κινδύνου. Αλλά το μειονέκτημα επιβίωσης για τους άνδρες εμφανίζεται ακόμη και στη μήτρα και μεταξύ των βρεφών, όταν αυτοί οι παράγοντες έχουν μικρή ή καθόλου επίδραση. Η απενεργοποίηση X μπορεί να είναι ο λόγος.
Προτείνει ότι το φαινόμενο Χ υπερβαίνει την προστασία από ασθένειες. Ο Migeon πιστεύει ότι οι γυναίκες πιθανότατα έχουν και άλλα βιολογικά πλεονεκτήματα. Εάν το 20 τοις εκατό των περίπου 1.100 γονιδίων των δύο χρωμοσωμάτων Χ είναι λειτουργικά διαφορετικά μεταξύ τους, κατά μέσο όρο, αυτό δυνητικά παρέχει στις γυναίκες ένα εντελώς νέο σύνολο μορίων και νέες κυτταρικές λειτουργίες.
Στον εγκέφαλο, για παράδειγμα, είναι απολύτως πιθανό αυτή η γενετική ποικιλότητα να οδηγήσει σε κύτταρα που έχουν ελαφρώς διαφορετικές ικανότητες, οδηγώντας σε δίκτυα που επιτρέπουν ένα ευρύτερο φάσμα αποκρίσεων ή ακόμα και νέους τρόπους επεξεργασίας πληροφοριών. Η αδρανοποίηση του χρωμοσώματος Χ «μπορεί να αντιπροσωπεύει έναν από τους πιο σημαντικούς μηχανισμούς με τους οποίους δημιουργούνται μεμονωμένες διαφορές στη λειτουργία του [εγκεφάλου]», γράφει ο Nathans στο συμπέρασμα της μελέτης του για το πώς εκδηλώθηκε η αδρανοποίηση Χ σε διαφορετικά μέρη του σώματος του ποντικιού. Ο Migeon το λέει διαφορετικά. «Θέλουμε να είμαστε ίσοι με τους άντρες, αλλά είμαστε πραγματικά καλύτεροι», λέει ειρωνικά.
Μέχρι στιγμής, τα στοιχεία δεν το αποδεικνύουν αρκετά. Αλλά η μελέτη των επιπτώσεων της απενεργοποίησης Χ είναι σχετικά νέα και είναι εύλογο ότι η ύπαρξη ενός ευρύτερου ρεπερτορίου γονιδίων μπορεί να προσφέρει μια ποικιλία από άγνωστα ακόμη βιολογικά πλεονεκτήματα. Μεταξύ των πιθήκων του Νέου Κόσμου, για παράδειγμα, η απενεργοποίηση Χ ενισχύει την όραση στα θηλυκά. Το γονίδιο που ελέγχει τις χρωστικές στο μάτι του πιθήκου που καθιστούν δυνατή τη διάκριση μεταξύ διαφορετικών μηκών κύματος φωτός βρίσκεται στο χρωμόσωμα Χ. Στους πιθήκους του Νέου Κόσμου το γονίδιο έχει τρία αλληλόμορφα, που σημαίνει ότι ενώ τα αρσενικά μπορούν να έχουν μόνο δύο από τα τρία αλληλόμορφα και περιορίζονται στη διχρωματική χρωματική όραση, ορισμένες θηλυκές μαϊμούδες φέρουν και τα τρία. Ο κόσμος τους, όπως και ο δικός μας, έχει λαμπρές αποχρώσεις.
Η Kat McGowan είναι συντάκτης στο Το περιοδικό Discover και ένας ανεξάρτητος δημοσιογράφος με έδρα το Μπέρκλεϋ της Καλιφόρνια και τη Νέα Υόρκη.
