นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าอุณหภูมิที่ร้อนจัดสามารถแทนที่โครโมโซมในมังกรเคราได้อย่างไร
ในสัตว์เลื้อยคลาน ปลา และสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำบางชนิด เพศของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนานั้นได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม Madeline Charnier นักสัตววิทยาที่มหาวิทยาลัยดาการ์ ประเทศเซเนกัล เป็นคนแรกที่ค้นพบว่าเมื่อเธอพบว่าอุณหภูมิส่งผลต่อเพศของอากามาสีรุ้ง จิ้งจกสายพันธุ์ย่อยในทะเลทรายซาฮาราในปี 1966 Charnier ได้บันทึกว่าตัวอ่อนของ agama เพศผู้พัฒนาเมื่ออายุ 29 ปี องศาเซลเซียส และตัวเมียจะพัฒนาเมื่ออุณหภูมิอยู่ระหว่าง 26 ถึง 27 องศา ตั้งแต่นั้นมา นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายกรณีที่คล้ายกันของการกำหนดเพศสิ่งแวดล้อมในสัตว์เลื้อยคลานอื่นๆ หลายสิบตัว เช่นเดียวกับในปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ—แต่ว่าอุณหภูมิที่ฟักเป็นตัวกำหนดเพศของตัวอ่อนนั้นยังคงเป็นเรื่องลึกลับอยู่มากเพียงใด—จนถึงปัจจุบัน
เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้จัดทำแผนที่กระบวนการทางโมเลกุลและพันธุกรรมโดยอุณหภูมิเป็นตัวกำหนดเพศ ในมังกรเครา ซึ่งเป็นสายพันธุ์ของกิ้งก่าที่มีถิ่นกำเนิดในออสเตรเลีย นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเส้นทางที่แยกจากกัน—เส้นทางหนึ่งเป็นกรรมพันธุ์ล้วนๆ อีกทางหนึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ—ซึ่งมีอิทธิพลต่อเพศของสัตว์ ที่อุณหภูมิที่เย็นกว่า โครโมโซมจะมีผลเหนือกว่า โดยเปิดลำดับยีนหนึ่งลำดับเพื่อสร้างมังกรตัวเมีย ในอุณหภูมิที่อุ่นขึ้น ยีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงสามารถแทนที่การพัฒนาบางส่วนในเพศชายและให้กำเนิดตัวเมียได้ นักวิจัยยังพบว่าเส้นทางทั้งสองนี้ปรากฏครั้งแรกเมื่อนานมาแล้วในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ การค้นพบใหม่ได้รับการเผยแพร่ในวันนี้ในPLOS Genetics. Tyrone Hayes ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาเชิงบูรณาการที่ University of California, Berkeley ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาครั้งใหม่นี้ กล่าวว่าการค้นพบนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวิวัฒนาการของการกำหนดเพศได้ดีขึ้น “การดูโปรแกรมยีนเหล่านี้ให้กว้างขึ้นและการทำงานของพวกมันในสายพันธุ์ต่างๆ จะน่าสนใจมาก” เขากล่าว
โดยปกติโครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนดเพศของสัตว์มีกระดูกสันหลัง การมีเพศสัมพันธ์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยทั่วไปถูกกำหนดโดยโครโมโซม XX หรือ XY โดยที่ XX มักทำให้เกิดเพศเมีย โครโมโซมเพศของมังกรเคราคือ ZZ หรือ ZW ผู้ชายมีโครโมโซม ZZ ในขณะที่เพศหญิงที่มีเพศสัมพันธ์ถูกกำหนดโดยโครโมโซมเพียงอย่างเดียวคือ ZW ผู้ที่อิทธิพลของโครโมโซมถูกแทนที่ด้วยผลกระทบของอุณหภูมิสูงจะเรียกว่า ” ZZ reversed “
เพื่อค้นหาว่าการแทนที่สิ่งแวดล้อมมีผลในตัวอ่อนที่กำลังพัฒนาอย่างไร Sarah Whiteley และ Arthur Georges นักชีววิทยาจากสถาบันนิเวศวิทยาประยุกต์แห่งมหาวิทยาลัยแคนเบอร์ราได้ฟักไข่มังกรเคราชุดหนึ่งที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียสและอีกชุดหนึ่งที่อุณหภูมิ 36 องศา จากนั้นพวกเขาดึง RNA ของผู้ส่งสารออกจากตัวอ่อนที่กำลังพัฒนาและระบุว่ายีนใดส่งผลให้ตัวเมีย ZW หรือตัวเมียที่กลับด้าน ZZ เส้นทางทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันสองทางให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกัน—กิ้งก่าเพศเมีย และสภาพแวดล้อมเป็นตัวกำหนดว่ายีนใดทำหน้าที่ได้
เหตุใดเส้นทางที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในเพศหนึ่งหรืออีกเพศหนึ่งจึงมีวิวัฒนาการ ในสัตว์เลื้อยคลาน ซึ่งเป็นกลุ่มของสัตว์ที่มีประสบการณ์การเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการหลายครั้ง ความสามารถในการเปลี่ยนเพศเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณแวดล้อมนั้นยังคงรักษาไว้ได้ในหลากหลายสายพันธุ์ ตั้งแต่เต่าทะเลไปจนถึงจระเข้ ซึ่งบ่งชี้ว่าทั้งสองได้กำเนิดขึ้นในช่วงต้นของการวิวัฒนาการและการให้กำเนิด ผลประโยชน์ที่ปรับเปลี่ยนได้ สำหรับบางอย่างเช่นการกำหนดเพศที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ “มันต้องอาศัยกลไกของเซลล์โบราณที่ไวต่ออุณหภูมิโดยเนื้อแท้…ที่ทุกสายพันธุ์ยูคาริโอตมี” ไวท์ลีย์กล่าว Blanche Capel นักชีววิทยาด้านเซลล์ที่มหาวิทยาลัย Duke ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ เขียนในอีเมลว่านักวิทยาศาสตร์พบยีนจำนวนมากในมังกรที่สงสัยว่าเกี่ยวข้องกับการกำหนดเพศโดยขึ้นกับอุณหภูมิในสายพันธุ์อื่น
กลไกโบราณเหล่านั้นอาจติดอยู่รอบ ๆ ด้วยเหตุผลที่ดี มิฉะนั้น กลไกเหล่านี้อาจถูกทิ้งร้างในช่วงวิวัฒนาการ นักวิจัยกล่าวว่าพวกมันอาจช่วยให้สัตว์เช่นมังกรตอบสนองและอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มังกรเคราอาศัยอยู่ในสภาพอากาศที่แห้งแล้งซึ่งมีอุณหภูมิและปัจจัยแวดล้อมอื่น ๆ แตกต่างกันไปมากในแต่ละฤดูกาล สำหรับสัตว์เลื้อยคลานที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ ที่เกิดมาใกล้จะสิ้นสุดฤดูผสมพันธุ์ เมื่ออุณหภูมิเริ่มลดต่ำลง การเป็นตัวผู้อาจเป็นประโยชน์มากกว่า นั่นเป็นเพราะว่าตัวผู้สามารถเติบโตจนมีขนาดที่สามารถผสมพันธุ์กับตัวเมียได้ภายในกรอบเวลาดังกล่าว จอร์จกล่าว ตัวเมียที่เกิดในช่วงปลายฤดูอาจต้องรอจนถึงฤดูผสมพันธุ์ถัดไป ซึ่งอุณหภูมิจะสูงขึ้นเพื่อผสมพันธุ์และให้กำเนิดลูกหลานได้สำเร็จ
“ตัวเมียไม่สามารถทำนายล่วงหน้าได้ว่าตัวอ่อนของพวกมันจะมีอุณหภูมิเท่าไรเมื่อพวกเขาวางไข่ลงในรัง” จอร์จกล่าว “พวกเขาเลื่อนการตัดสินใจในแง่หนึ่งว่าควรปรับอัตราส่วนเพศหรือไม่… กับตัวอ่อน เพื่อให้สามารถตัดสินใจได้เมื่อมีข้อมูลว่าสิ่งที่ดีที่สุดจะเป็นชายหรือหญิง”
ในช่วงเวลาที่อิทธิพลของกิจกรรมของมนุษย์บนโลกใบนี้มีความสำคัญมากจนรับประกันชื่อยุคของตัวเอง นั่นคือ Anthropocene ซึ่งเป็นสัตว์ที่กระบวนการพัฒนาอ่อนไหวต่อปัจจัยภายนอกมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ ภาวะฉุกเฉินด้านสภาพอากาศที่กำลังดำเนินอยู่ได้เพิ่มอุณหภูมิโลก ระบบนิเวศที่ครั้งหนึ่งเคยถูกทิ้งร้างอยู่ในมลพิษและการสูญเสียแหล่งที่อยู่อาศัยกระจายอยู่ทั่วไป Georges กล่าวว่าภัยคุกคามเหล่านี้สามารถรวมกันเพื่อคุกคามการอยู่รอดของสายพันธุ์เช่นมังกร แม้ว่าอุณหภูมิจะผันผวนในอดีต แต่ความซับซ้อนของสภาพแวดล้อมที่มังกรอาศัยอยู่นั้นทำให้พวกมันมีตัวเลือกการทำรังมากมายที่ช่วยให้พวกมันคงอยู่ต่อไปได้ “ปัญหาคือผ่านการปรับเปลี่ยนที่อยู่อาศัยและการกระจายตัว เรากำลังลดรายการเพลงเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างมาก”
และสัตว์ที่อ่อนไหวต่อแรงกดดันจากสิ่งแวดล้อมเป็นพิเศษ เช่น กิ้งก่ามีเครา อาจประสบกับอัตราส่วนเพศที่ไม่สมดุล การสูญเสียประชากร และผลที่ตามมาก็คือการสูญพันธุ์ “เมื่อผู้คนนึกถึงการลดลงของสัตว์ป่า พวกเขาคิดถึงสิ่งที่ฆ่าสัตว์โดยตรง” เฮย์สกล่าว ในปี 2010 เขาค้นพบว่าอะทราซีน ซึ่งเป็นยาฆ่าแมลงทั่วไป สามารถเปลี่ยนกบตัวผู้ที่โตเต็มวัยให้กลายเป็นตัวเมียได้ “ถ้าคุณมีอัตราส่วนทางเพศที่เบ้อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ หรือสารเคมีที่รบกวนต่อมไร้ท่อ หรือแม้แต่ฤดูกาลของการผสมพันธุ์โดยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ…ปัจจัยใด ๆ เหล่านี้อาจนำไปสู่การสูญเสียประชากรเนื่องจากการสืบพันธุ์ที่บกพร่อง”
