A lepkegyűjtők időről időre különös egyedekbe botlanak: olyan példányokba, amelyek mintha két eltérő állatból lettek volna összeillesztve, amelyek ráadásul eltérő neműek is voltak. Az úgynevezett günandromorfok a természetes szimmetria furcsa anomáliái, amelyek amellett, hogy nagyon különleges kinézetűek, kiváló lehetőséget jelentenek arra, hogy a szakértők a tipikus hím és nőstény anatómiát és géneket egyetlen testen belül tanulmányozzák.

A természettudósok évszázadok óta gyűjtik az ilyen „kétarcú” egyedeket, a rovarok, a pókok, a rákok és a madarak köréből egyaránt. És az utóbbi években a kutatók rengeteg újdonságot tudtak meg a nemi fejlődésről az ilyen mozaikos egyedek tanulmányozása révén. Ahogy a tudomány története során oly sokszor bebizonyosodott, gyakran a legfurcsábban kinéző, az átlagostól leginkább eltérő példányok segíthetnek a legtöbbet annak felderítésében, hogyan működnek a különböző testek.

Az utóbbi történet egy furcsa zebrapinttyel kezdődött. Az 1990-es évek vége felé a Rockefeller Egyetem egyik laboratóriumi madárgondozója tojásokat talált egy olyan ketrecben, amely csak hím madarakat tartalmazott. Rövidesen kiderült, hogy a tojások egy olyan egyedtől származnak, amely ahogy idősebbé vált, egyre látványosabban különbözni kezdett társaitól. Míg a madár egyik oldaláról nézve úgy festett, mint egy tipikus hím, fején narancsszínű folttal, torkán zebracsíkos, szárnyánál pedig pettyes mintával, a test másik, bal fele néhány fekete-fehér mintát leszámítva a fejen egységesen szürke volt, vagyis a tipikus nőstény zebrapinty tollazatát hordozta.

A zebrapinty agya

Az így azonosított günandromorf madarat azok tulajdonosa, Fernando Nottebohm neurológus egyik nemi eltéréseket kutató volt tanítványának, Art Arnoldnak ajándékozta. A Kaliforniai Egyetem munkatársa pedig kollégáival együtt rögtön tanulmányozni is kezdte a madár agyi sejtjeit. A szakértők hosszú ideig azt hitték, hogy a madaraknál az emlősökhöz hasonló módon alakul ki a nemi kétalakúság, vagyis a nemi kromoszómák függvényében a kezdetben még nemi jellegeket nem hordozó embrióban kialakulnak a herék vagy a petefészkek, amelyek aztán hormonjaik révén alakítják hímmé vagy nősténnyé a teljes szervezetet. Arnold és mások utóbbi évekbeli eredményei alapján azonban úgy tűnik, hogy a folyamat nem ennyire egyszerű.

A hím zebrapintyek agya tipikus esetben tartalmaz egy olyan idegi hálózatot, amely kulcsszerepet játszik a nászdalok megjegyzésében, és ugyanez az agyi terület a nőstényekben sokkal kevésbé fejlett. Ha a nemi fejlődés valóban elsősorban a hormonok függvénye lenne, akkor a günandromorfok agyának szerkezetileg egyformának kellene lennie, hiszen ahogy a madár testének minden szerve, az agy is vegyes, a petefészkek és a herék által közösen szolgáltatott hormonkeverékben fejlődött.

Arnold és társai viszont úgy találták, hogy a hibrid zebrapinty agyának egyik felében a nászdalokért felelős terület 82 százalékkal nagyobb, mint a másik agyféltekében. A kutatók ezt követően közelebbről is megvizsgálták a szervet: vékony szeleteket készítettek az agyból, majd egy olyan oldatba áztatták ezeket, amely kétféle, a Z vagy a W nemi kromoszómákhoz kötődő radioaktív RNS-t tartalmazott. (A Z és a W a mi X és Y kromoszómánknak felel meg.)

A vizsgálatból kiderült, hogy a madár agyának jobb féltekéje elsősorban ZZ kromoszómás hímnemű sejtekből állt, míg a bal agyfél döntően ZW-s nőstény sejtekből állt. Ebben az esetben tehát a nemi kromoszómák, nem pedig a hormonok határozták meg az agy szerkezetének alakulását, sejtről sejtre építve fel a struktúrát.

– mondja Arnold.

Kakas és tyúk egyben

Egy másik kutató, Michael Clinton, az Edinburgh-i Egyetem fejlődésbiológusa günandromorf csirkéket kezdett tanulmányozni, amelyeket brit baromfitelepekről gyűjtött össze. Ezek az állatok a zebrapintyhez hasonlóan egy nőstény és egy hím testféllel rendelkeztek: egyik felükön egy kakas, a másikon egy tyúk tollazatát és anatómiai jegyeit viselték. Amikor Clinton kutatócsoportja elemezte az állatok két testfelén a vér, a bőr és az izom sejtjeinek DNS-ét, kiderült, hogy a csirkék testére sem csak felszínen jellemző a kétarcúság.

Ahogy a zebrapinty agyánál, itt is kiderült, hogy a legtöbb szövet az egyik oldalon ZW-kromoszómákat hordoz, a másikon pedig ZZ-t. Némi keveredés is jellemző volt persze, főleg a határvonal mentén, ahol különböző nemi kromoszómákat hordozó sejtek nem váltak egymástól élesen külön.

Ezek a mozaikos egyedek is megerősítették, hogy a madarak nemét nem a hormonok alakítják, hanem az sejtről sejtre határozódik meg. Az ugyanakkor egyelőre nem világos, hogy ez a sejtszintű vezérlés hogyan képes irányítani a nemi fejlődést, ha az nem a hormonok által történik. Az egyik lehetséges magyarázat, hogy a Z és a W kromoszómák epigenetikai változásokat okoznak, vagyis a DNS molekuláris „díszítését” módosítva befolyásolják a gének kifejeződését. Ezt alátámasztja, hogy Clinton és társai eredményei szerint a hím és a nőstény madárembriók sejtjeiben a génaktivitási mintázat már azt megelőzően is eltér, hogy a nemi szervek kifejlődtek volna.

Nemhez kötött betegségek

Arnold kutatócsoportja most arra kíváncsi, hogy vajon az emlősök esetében is bonyolultabb-e a nemiség kialakulása, mint eddig gondolták. A hormonok és a kromoszómák szerepének elkülönítése végett így a szakértők szokatlan kromoszómakészletű egereket vizsgálnak, például olyan állatokat, amelyeknek eggyel több nemi kromoszómájuk van, vagy női nemi hormonokat termelnek annak ellenére, hogy genetikailag hímek.

Az ilyen jellegű kutatásoknak a nemiség alakulásának megértésén túl komoly gyakorlati orvosi haszna is lehet, hiszen számos betegségre jellemző, hogy az egyik nemet gyakrabban vagy súlyosabban érinti, mint a másikat.

– mondja Arnold, hozzátéve hogy az egy ideje már világos, hogy nem csak a hormonokról van szó.

A sclerosis multiplex például – amely során az immunrendszer az idegszöveteket támadja meg – elsősorban nőkben alakul ki, és sokkal gyorsabb állapotromlást eredményez, mint a ritkábban érintett férfiakban. De vannak olyan betegségek is, amelyekre ennek fordítottja igaz. Arnold vizsgálatai alapján mindenesetre úgy tűnik, hogy az X és az Y kromoszóma közös jelenléte sebezhetőbbé teszi a sejteket bizonyos betegségekkel szemben.

Lepkeszárnyak és kimérák

mondja Nipam Patel, a Berkeley fejlődésbiológusa, aki lepkéken végez hasonló kutatásokat. Patel 8 éves kora óta gyűjt lepkéket, és mostanra 30 ezer egyedet számláló gyűjteménye van, amelyet egy különleges fotótár is kiegészít: a szakértő ugyanis a günandromorf lepkefotók legismertebb gyűjtője a bolygón.

Ezek a képek Patel számára azért nagyon érdekesek, mert természetes kísérletek formájában mutatják meg, hogyan fejlődhetnek az állatok. Az ilyen mozaikos szervezetekről a szakértők sokáig azt hitték, hogy egy sejtosztódási hiba nyomán alakulnak ki. Ahogy a madarak esetében, a lepkéknél is igaz, hogy a hímek két Z kromoszómát hordoznak sejtjeikben, míg a nőstények egy Z-t és egy W-t. A kutatók korábban úgy vélték, hogy amikor a hernyó megkezdi átalakulását, a günandromorf állatokban azon két sejt létrejöttekor, amelyekből később a szárnyak kialakulnak, nem megfelelően zajlik az osztódás: az egyik sejtben Z és W kromoszóma is lesz, a másik viszont csak egy vagy két Z kromoszómát kap. Mivel ezek a sejtek egy-egy teljes szárny elősejtjei, a hiba nyomán az egyik szárny nőstény, a másik hím mintázatot kap.

Patel sok éves gyűjtőmunkája során ugyanakkor olyan példányokkal is találkozott, amelyek alapján úgy tűnik, a günandromorfizmusnak más kialakulási útvonalai is létezhetnek. Egy különleges lepkénél például azt figyelte meg, hogy az egyik testfél hím, a másik női nemi szervet hordoz, a szárnyak viszont egyformák. Patel rájött, hogy ennél a konkrét egyednél másfajta keveredésről van szó. A szárnyak mintázata alapján úgy tűnik, hogy ebben az esetben nem egyszerűen egyazon egyed nemi kromoszómái keveredtek el menet közben, hanem inkább olyan, mintha két különböző állat sejtjeiből épült volna fel a lepke.

A lepkék szárnyának mintázatát befolyásoló gének közül kettő, az optix, amely hátsó szárnyak vörös, sugaras mintájáért felel, és a WntA, amely fekete mintázatot hoz létre, független a nemi kromoszómáktól. A kérdéses lepkében ezek a gének olyan mintázatot rajzoltak ki, amely csak két teljesen eltérő genom aktiválása nyomán jöhet létre: ebben az esetben tehát a szárny sejtjei nem egyazon sejtvonal egy ponton osztódási hiba miatt különbözővé vált leszármazottai, hanem eltérő sejtvonalak utódai. Vagyis ez a lepke kiméra, amely a kettőnél több ivarsejtből létrejött mozaikok neve a genetikában.

Patel szerint erre például úgy kerülhet sor, ha a megtermékenyítéskor egyszerre két hímivarsejt is eléri a petesejtet, és az egyik ezt, a másik pedig a petesejttel együtt létrejövő úgynevezett poláris testet termékenyíti meg. Ilyenkor a sziámi ikrekhez hasonló kettős embrió jöhet létre, ami azt is megmagyarázhatja, miért nem marad mindig kétoldali az aszimmetria a günandromorfokban.

***

Minél többet vizsgáljuk a különféle élőlények, köztük az ember genomját, annál világosabbá válik, hogy egyedenként is mennyire sokfélék vagyunk. Testünk minden sejtje eleve kétféle genomot hordoz, egy emberit, és egy mitokondriális genomot, amely egykor egy különállóan élő egysejtűhöz tartozott. Bőrünkön, bélrendszerünkben és testünk szinte minden részén mikroorganizmusok tömege éldegél, a sejtjeinkbe bejutó vírusok pedig saját genetikai állományunkba is újabb és újabb idegen géneket juttatnak be.

A günandromorfizmus feltűnő formája ennek a változatosságnak, mivel olyan jegyeket érint, amelyek látványosak. A valóságban azonban mindannyiunkra nagyfokú mozaicizmus, sőt kimérizmus jellemző, csak ez van, hogy jobban, van, hogy kevésbé látszik.