המתג שמבדיל בין זכרים לנקבות

אחת מהעובדות הבסיסיות ביותר בביולוגיה של האדם היא שהמין שלנו – זכר או נקבה – נקבע על ידי "כרומוזום המין" שמגיע בשתי גרסאות, X או Y. לנקבות יש שני עותקים של X ואילו לזכרים יש X אחד ו-Y אחד. החלוקה הזאת נכונה כמעט תמיד, אצל כל היונקים, אבל יש מקרים נדירים שבהם זה לא עד כדי כך פשוט.

הכרומוזומים הם שרשראות ארוכות מאוד של חומר גנטי, DNA, וכל כרומוזום מכיל מאות או אלפי גנים, מקטעים קצרים של DNA המכילים הוראות. בכל גֵן מקודדת התוכנית להרכבת חלבון אחד שיבצע תפקיד מסוים בתא, כגון פירוק והרכבה של חומרי מזון, הרכבת חלקים מהמבנה של התא, הפעלה וכיבוי של גנים אחרים ועוד. שילוב הפעולות הללו יוצר את התכונות המולדות של היצורים החיים.

הגֵנים שקובעים את המין נמצאים כאמור על כרומוזומים X ו-Y. לרוב המוחלט של הזכרים יש צירוף כרומוזומים XY ולנקבות XX, אך לפעמים הדברים משתבשים. תקלות בהיווצרותם של תאי הזרע או הביצית אצל ההורים עלולים להביא להולדתם של תינוקות עם חוסר או עודף בכרומוזומי המין.

במקרים שבהם אדם נולד עם כרומוזום Y ועודף של כרומוזום X אחד (XXY) או אפילו שניים (XXXY), יתפתחו אצלו תכונות זכריות, כולל איבר מין זכרי ואשכים. לכן מקובל לחשוב שכרומוזום Y קובע זכריות. ואכן, על הכרומוזום הזה נמצא גֵן בשם SRY שנוכחותו מספיקה כדי לגרום לעובר להתפתח לזכר. גן זה מפעיל גנים רבים נוספים שמוציאים לפועל את התפתחות איברי המין הזכריים, ונהוג היה לחשוב שבלעדיו העובר יתפתח כנקבה - זו "ברירת המחדל" הביולוגית. אולם מחקרים מהשנים האחרונות מראים שהתמונה מורכבת יותר, ושהגֵן הזה כשלעצמו אינו הכרחי להתפתחות הזכרית.

זכרים ללא כרומוזום Y

הראיה המרכזית מגיעה ממחקר משנת 2005 שעקב אחרי משפחה בסיציליה שהיו בה שבעה זכרים עם צירוף הכרומוזומים XX, שהיה אמור לגרום להם להתפתח לנקבות. בנוסף הם סבלו ממחלת עור בשם PPK (קיצור של Palmoplantar hyperkeratoderma), שמתאפיינת בהתעבות יתר של עור כפות הידיים והרגליים. מחקר המשך הראה שאצל כל זכרי ה-XX הללו היו גרסאות פגומות (מוטציות) של גֵן בשם RSPO1 שקשור להתמיינות תאים, כלומר למנגנון ששולט בהיווצרות התקינה של תאים מכל הסוגים, כגון תאי עור, תאי דם וכו', מתאי הגזע הראשונים של העובר.עם זאת, לא הוסבר איך המוטציה מביאה להתפתחות של זכר למרות היעדר הגֵן SRY.

שני מחקרים נוספים שפורסמו בשנת 2016 שופכים אור נוסף על המרכיבים הגנטיים הנחוצים לקביעת זכריות. בראשון החוקרים הסירו מהגנום של עכברים את הגֵן SRY והכניסו במקומו גֵן בשם SOX9, שמחקרים קודמים קבעו שהוא חיוני להתפתחות זכרית תקינה. הגן הזה נמצא על כרומוזום 17, כלומר לא על כרומוזומי המין, והוא אחד הגנים הראשונים ש-SRY מפעיל כשהעובר מתחיל להתפתח כזכר. כתוצאה מהכנסת הגֵן, העכברים התפתחו כזכרים ואף היו פוריים. כאשר SRY הוסר בלי שהוחלף ב-SOX9, העכברים התפתחו לנקבות.

במחקר השני הסירו לעכברים את כל כרומוזום Y והפעילו אצלם באופן מלאכותי את הגנים SOX9 ו-EIF2S3Y, שחיוני להתפתחות תאי זרע. העכברים התפתחו כזכרים, תאי הזרע שלהם הצליחו להפרות ביציות בהפריה מלאכותית ובתשע מתוך 11 הפריות נולדו עכברים בריאים.

המחקרים האלה מראים שהימצאותו של הגן SRY אמנם מנבאת התפתחות זכרית, אך התפתחות כזאת עשויה להתרחש גם בלעדיו. למעשה את רוב התהליכים המעורבים בהתפתחות הזכרית מבצעים גֵנים אחרים שכלל אינם נמצאים על כרומוזום Y. אפשר לדמות את הגֵן SRY למאמן ספורט, שמפעיל הרבה שחקנים, אך למעשה רוב עבודתו נעשית ע"י סגנו הנמרץ SOX9, שמצליח להביא בעצמו להתפתחות זכרית כמעט מלאה בהיעדר SRY.

המערכת הזאת גם מראה לנו שתכונות ביולוגית משמעותיות ביותר, כגון המין של בעל חיים, יכולות להישלט בידי מתג ביולוגי פשוט וקטן מאוד בדמות גֵן בודד, אחד מתוך עשרים אלף גנים שקיימים ב-DNA האנושי. נוכחותו או היעדרו של המתג היחיד הזה קובעות חלקים גדולים מאוד בהתפתחותו של בעל החיים.