Sukupuolen määritys — geneettiset ja ympäristötekijät sekä hermafrodiitti-ilmiö

Tutustu sukupuolen määritykseen: geneettiset ja ympäristötekijät, kehitysprosessit sekä hermafrodiitti-ilmiö eläimissä ja kasveissa – selkeä, tieteellinen katsaus.

Sukupuolen määritys on kehitysprosessi, jonka avulla yksilön sukupuoli määräytyy. Sukupuoli on lisääntymismenetelmä, joka on laajalti levinnyt elävien olentojen keskuudessa. Se edellyttää kahta samaa lajia olevaa yksilöä.

Yleensä sukupuolet ovat erillään. Sukupuoli voidaan määrittää kahdella tavalla:

• Geneettisesti eli geenien ja kromosomien avulla eliö perii vanhemmiltaan.
• Ympäristö, jokin ulkopuolinen tekijä, joka laukaisee kehityksen.

Jos molemmat sukupuolet esiintyvät samalla yksilöllä, kyseinen yksilö on hermafrodiitti. Hermafrodiittisia järjestelmiä esiintyy joillakin eläimillä, esimerkiksi etanoilla, ja useimmilla kukkivilla kasveilla.

Geneettinen sukupuolen määritys

Monilla lajeilla sukupuoli määräytyy perimän eli kromosomien ja geenien kautta. Tunnetuimpia järjestelmiä ovat:

• XY-järjestelmä: yleinen nisäkkäillä (myös ihmisillä). Tyypillisesti XX = naaras ja XY = koiras. Kromosomiparin Y-kromosomilla sijaitseva esimerkiksi SRY-geeni käynnistää koiraan kehityksen.
• ZW-järjestelmä: linnuilla ja joillain matelijoilla ZW tarkoittaa usein naarasta (ZW), ZZ koiraasta.
• Haplodiploidisuus: hyönteisillä kuten mehiläisillä ja muurahaisilla työläiset ovat diploidisia (perivät geenejä molemmilta vanhemmilta) ja koiraat haploidisia (perivät vain äidiltä), mikä vaikuttaa sukupuolijakaumaan ja yhteisöjen dynamiikkaan.

Geneettinen sukupuolen määräytyminen ei kuitenkaan ole aina yksinkertainen X- tai Y-kytkentä: useat autosomaaliset geenit, geenien ilmentymisen säätely ja kromosomien rakenteelliset muutokset voivat vaikuttaa lopputulokseen. Lisäksi esiintyy poikkeamia, kuten kromosomipoikkeavuuksia ja niin sanottuja seksin kehityshäiriöitä (DSD), joissa ulkoinen ja sisäinen sukupuolikehitys eivät noudata tyypillistä kaavaa.

Ympäristötekijöiden vaikutus

Joillakin lajeilla ympäristö päättää sukupuolen. Tunnettu esimerkki on lämpötilariippuvainen sukupuolen määräytyminen (TSD), joka esiintyy esimerkiksi joillakin kilpikonnilla ja krokotiileilla: munan kehittyessä vallitseva lämpötila voi määrittää, tuleeko kuoriutuva yksilö naaras vai koiras.

Muita ympäristöön liittyviä mekanismeja:

• Sosiaaliset signaalit: joillakin kaloilla yksilön sukupuoli voi vaihtua elämän aikana riippuen populaation sukupuolisuhteista ja sosiaalisesta asemasta (esim. koralliriuttakala wrasset ja klovnikalat).
• Kemialliset ja aineenvaihdunnalliset tekijät: ympäristömyrkyt (endokriiniset häiritsijät) voivat vaikuttaa hormonitasapainoon ja siten sukupuolen kehitykseen erityisesti herkillä kehitysjaksoilla.

Hermafrodiitti-ilmiö ja sukupuolen vaihtelu

Hermafrodiitteja on kahta päätyyppiä:

• Samanaikainen hermafrodiitti: yksilöllä on samanaikaisesti molempien sukupuolten toiminnalliset lisääntymiselimet. Tyypillistä monille etanoille, majavaeläimille ja useimmille kukkiville kasveille, joiden kukissa esiintyy sekä heteitä että emejä.
• Peräkkäinen (sekvensiaalinen) hermafrodiitti: yksilö vaihtaa sukupuolta elämänsä aikana. Jakautuu edelleen protandriaan (aluksi koiras, myöhemmin naaras; esim. klovnikalat) ja protogyniaan (aluksi naaras, myöhemmin koiras; esim. jotkin wrasse-lajit).

Hermafroditismi tarjoaa evolutiivisia etuja: se lisää parittelumahdollisuuksia, auttaa säilyttämään lisääntymiskyvyn harvassa populaatiossa ja voi optimoida lisääntymismenestyksen suhteessa kokoon tai sosiaaliseen asemaan.

Ihmiset, poikkeamat ja terminologia

Ihmisillä sukupuoli määräytyy pääosin geneettisesti XY/XX-järjestelmän kautta, ja SRY-geeni aloittaa tyypillisen mieskehityksen. Silti esiintyy monimuotoisuutta: kromosomipoikkeavuuksia (kuten Klinefelterin syndrooma XXY), geneettisiä eroja ja hormonaalisia variansseja, jotka voivat johtaa erilaisiin sukupuolen kehityksen muotoihin. Tieteessä käytetään termiä disorders/differences of sex development (DSD) kuvaamaan näitä tilanteita neutraalisti.

On myös tärkeää erottaa biologinen sukupuolen määritys (sex) kulttuurisesta ja psykologisesta sukupuoli-identiteetistä (gender): yksilön oma käsitys sukupuolestaan ei aina seuraa tiukasti geneettistä tai kehityksellistä sukupuolta.

Miksi järjestelmät vaihtelevat?

Sukupuolen määritysjärjestelmät ovat kehittyneet monella eri tavalla, koska ne tarjoavat erilaisia sopeutuvia etuja eri ekologisissa ja sosiaalisissa oloissa. Esimerkiksi lämpötilariippuvaisuus voi olla hyödyllinen, jos ympäristöolosuhteet ennustavat eri sukupuolten menestystä; sosiaalinen sukupuolen vaihtuminen voi maksimoida yksilön lisääntymismenestystä muuttuvassa yhteisössä.

Yhteenveto: Sukupuolen määritys voi perustua perintötekijöihin (geenit, kromosomit) tai ympäristöön (lämpötila, sosiaaliset tekijät, kemialliset vaikutukset). Hermafrodiitti-ilmiö on yleinen monissa eliöryhmissä ja ilmenee sekä samanaikaisena että perättäisenä hermafroditismina. Biologinen monimuotoisuus ja poikkeamat korostavat, että sukupuoli on monimutkainen ilmiö, joka nivoutuu genetiikkaan, kehitykseen ja ympäristöön.

Ympäristön määräytyminen

Monien lajien sukupuoli määräytyy kehityksen aikana koettujen ympäristötekijöiden perusteella. Monilla matelijoilla sukupuoli määräytyy lämpötilasta riippuen. Lämpötila, jonka alkiot kokevat kehityksensä aikana, määrittää eliön sukupuolen. Esimerkiksi joillakin kilpikonnilla urokset syntyvät alhaisemmissa haudontalämpötiloissa kuin naaraat; tämä ero kriittisissä lämpötiloissa voi olla vain 1-2 °C.

Monet kalat vaihtavat sukupuolta elämänsä aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan peräkkäiseksi hermafroditismiksi. Pellekaloissa pienemmät kalat ovat uroksia, ja ryhmän hallitsevasta ja suurimmasta kalasta tulee naaras. Monissa kaloissa on päinvastoin - useimmat kalat ovat naaraita syntyessään ja muuttuvat uroksiksi, kun ne saavuttavat tietyn koon. Sekventiaaliset hermafrodiitit voivat tuottaa molempia sukusoluja koko elämänsä ajan, mutta ne ovat aina joko naaraita tai uroksia.

Joillakin saniaisilla oletussukupuoli on hermafrodiitti, mutta saniaiset, jotka kasvavat maaperässä, jossa on aiemmin elänyt hermafrodiitteja, kehittyvät jäljellä olevien hormonien vaikutuksesta uroksiksi.

Pellekalat ovat aluksi uroksia; ryhmän suurimmasta kalasta tulee naaras.

Geneettinen määritys

Tavallisin tapa määrittää sukupuoli on geenien perusteella. Näin eliön sukupuoli määräytyy sen saaman perimän perusteella. Sukupuolikehitykseen vaikuttavat alleelit voivat olla samassa kromosomissa, mutta eivät välttämättä samassa kromosomissa. Jos ne ovat, kyseistä kromosomia kutsutaan sukupuolikromosomiksi, ja sen geenejä kutsutaan "sukupuoleen sidotuiksi". Sukupuoli määräytyy joko sen perusteella, että sukupuolikromosomi on olemassa (joka voi puuttua), tai niiden lukumäärän perusteella. Koska geneettinen sukupuolen määräytyminen määräytyy kromosomien yhteensopivuuden perusteella, uros- ja naaraspuolisia jälkeläisiä on yleensä yhtä monta.

Erilaiset geneettiset järjestelmät

Ihmisillä ja muilla nisäkkäillä on XY-sukupuolen määritysjärjestelmä: Y-kromosomi kantaa tekijöitä, jotka ovat vastuussa uroksen kehityksestä. Jos Y-kromosomia ei ole, oletussukupuoli on naaras. XX-nisäkkäät ovat naaraita ja XY-nisäkkäät uroksia. XY-sukupuolen määräytymistä esiintyy myös muissa eliöissä, kuten tavallisessa hedelmäkärpäsessä ja joissakin kasveissa. Joissakin tapauksissa, kuten hedelmäkärpäsellä, sukupuoli määräytyy X-kromosomien lukumäärän eikä Y-kromosomin olemassaolon perusteella.

Lintujen järjestelmä toimii päinvastoin: Sitä kutsutaan ZW-sukupuolen määritysjärjestelmäksi. W-kromosomissa on tekijöitä, jotka vaikuttavat naaraiden kehitykseen. Oletusarvoisesti (jos kromosomi puuttuu) organismi on uros., Tässä tapauksessa ZZ-yksilöt ovat uroksia ja ZW-yksilöt naaraita. Suurimmalla osalla perhosista ja koiperhosista on myös ZW-sukupuolen määritysjärjestelmä. Sekä XY- että ZW-sukupuolen määritysjärjestelmissä kriittisiä tekijöitä kantava sukupuolikromosomi on usein huomattavasti pienempi, sillä se sisältää vain vähän enemmän kuin ne geenit, joita tarvitaan tietyn sukupuolen kehityksen käynnistämiseen.

Monet hyönteiset käyttävät sukupuolikromosomien lukumäärään perustuvaa sukupuolen määritysjärjestelmää. Tätä kutsutaan XX/XO-sukupuolen määritykseksi - O tarkoittaa sukupuolikromosomin puuttumista. Kaikki muut kromosomit näissä organismeissa ovat diploideja, mutta organismit voivat periä yhden tai kaksi X-kromosomia. Esimerkiksi sirkat, joilla on yksi X-kromosomi, kehittyvät uroksiksi, kun taas hyönteiset, joilla on kaksi, kehittyvät naaraiksi. C. elegans -matodissa useimmat madot ovat itsestään hedelmöittyviä XX-sermafrodiitteja, mutta toisinaan kromosomien periytymisen poikkeavuudet synnyttävät säännöllisesti yksilöitä, joilla on vain yksi X-kromosomi - nämä XO-yksilöt ovat hedelmällisiä uroksia (ja puolet niiden jälkeläisistä on uroksia).

Muut hyönteiset, kuten mehiläiset ja muurahaiset, käyttävät haploidi-diploidi-sukupuolen määritysjärjestelmää. Tällöin diploidiset yksilöt ovat yleensä naaraita ja haploidiset yksilöt (jotka kehittyvät hedelmöittymättömistä munista) ovat uroksia. Tämä sukupuolenmääritysjärjestelmä johtaa erittäin vääristyneeseen sukupuolisuhteeseen, koska jälkeläisten sukupuoli määräytyy hedelmöityksen eikä kromosomien lajittelun perusteella meioosin aikana.

Poikkeavuudet

Joskus organismilla on sekä urosten että naaraiden ulkonäkö. Tällöin kyseessä on intersukupuolisuus, ja se on harvinaista. Vaikka tällaisia organismeja voidaan kutsua hermafrodiiteiksi, tämä ei ole oikein, koska intersukupuolisilla yksilöillä joko uros- tai naaraspuoli on steriili.

Kuten ihmisillä ja muilla nisäkkäillä, hedelmäkärpäsellä on XY-sukupuolen määritysjärjestelmä.

Hae kirjaimella