اگر گرمایش اقلیمی ادامه یابد، آیا جانورانی که جنسیت‌شان با دما تعیین می‌شود منقرض خواهند شد؟
بسیاری از افراد همچنان نسبت به تهدیدهای ناشی از گرمایش جهانی برای بقای گونه‌ها با تردید می‌نگرند. با این حال، در منطقه دیواره بزرگ مرجانی استرالیا، بحرانی جدی به دلیل گرمایش جهانی در جریان است.
پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که افزایش مداوم دما تقریباً تمامی لاک‌پشت‌های دریایی سبز را در منطقه دیواره بزرگ مرجانی به ماده تبدیل کرده است. بر اساس آمارها، ۹۹.۱ درصد از نوزادان لاک‌پشت و ۹۹.۸ درصد از لاک‌پشت‌های نابالغ در این منطقه ماده هستند. طی نزدیک به دو دهه گذشته، تقریباً هیچ لاک‌پشت نر جدیدی در این پهنه متولد نشده است.
دانشمندان هشدار می‌دهند در صورت ادامه این روند، جمعیت این منطقه کاملاً ماده خواهد شد و عامل اصلی این پدیده، گرمایش جهانی است.
تغییرات اقلیمی علاوه بر لاک‌پشت‌ها بر جنسیت گونه‌های دیگری نیز اثر می‌گذارد. اما چه سازوکارهای جالب‌توجهی برای تعیین جنسیت در جهان جانوران وجود دارد و آیا تغییرات اقلیمی می‌تواند موجب انقراض جمعیت‌هایی شود که جنسیت آن‌ها تحت کنترل دماست؟
برخلاف انسان که جنسیت جنین از لحظه تشکیل تخم تعیین می‌شود، جنسیت لاک‌پشت‌های دریایی بر اساس دمای محیط هنگام خروج از تخم شکل می‌گیرد. یافته‌ها نشان می‌دهد اگر در طول دوران نهفتگی، دما بالاتر از ۳۰.۳ درجه سانتی‌گراد باشد، نوزادان ماده خواهند شد و در صورتی که دما زیر ۲۸ درجه سانتی‌گراد بماند، همگی نر متولد می‌شوند.
تنها زمانی که دما میان ۲۸ تا ۳۰.۳ درجه سانتی‌گراد باشد، نسبتی متعادل میان نوزادان نر و ماده ایجاد می‌شود. از نظر تئوریک، اگر دمای زیستگاه لاک‌پشت‌ها پیوسته بالای ۳۰.۳ درجه سانتی‌گراد بماند، کل جمعیت آن‌ها به ماده تبدیل خواهد شد.
حساسیت به دما تنها محدود به لاک‌پشت‌ها نیست؛ بسیاری از ماهیان نیز تحت تأثیر تغییرات اقلیمی دچار دگرگونی می‌شوند. برای نمونه، با افزایش دمای آب، جمعیت سوف دریایی اروپایی به سوی نر شدن پیش می‌رود و جمعیتی کاملاً نر پدید می‌آورد.
به طور مشابه، دانشمندان در اسپانیا در سال ۲۰۱۷ دریافتند که افزایش دما موجب «مردانه‌سازی» گورخرماهی‌های ماده و تبدیل آن‌ها به نر می‌شود؛ رویدادی که به تک‌جنسیتی شدن جمعیت آن‌ها می‌انجامد.
گورخرماهی
این سازوکار که در آن دما جنسیت نوزادان را مشخص می‌کند، «تعیین جنسیت وابسته به دما» (Temperature-dependent sex determination یا TSD) نامیده می‌شود. در سال ۱۹۶۶، زیست‌شناس آمریکایی، Rick Charnov، برای نخستین بار دریافت که جنسیت ایگوانای معمولی به دمای تخم در دوران نهفتگی بستگی دارد.
طی بیش از نیم قرن پژوهش، جامعه علمی سه الگوی پیوند میان دمای نهفتگی و جنسیت را شناسایی کرده است:
۱. الگوی FM (ماده-نر) که نمونه بارز آن لاک‌پشت‌ها هستند؛ در این الگو دمای بالا نوزاد ماده و دمای پایین نوزاد نر تولید می‌کند.
۲. الگوی MF که تمساح‌ها نماینده آن هستند؛ دمای بالا نوزاد نر و دمای پایین نوزاد ماده به همراه دارد.
۳. الگوی FMF که در آن هر دو دمای بالا و پایین به تولید نوزاد ماده منجر می‌شوند و دمای میانه نوزاد نر پدید می‌آورد.
پژوهش‌های تکمیلی نشان داده است که این سازوکار، راهبردی کارآمد در تکامل زیستی به شمار می‌رود و همانند سیستم کروموزومی، جنسیت ارگانیسم را مشخص می‌کند.
تأثیر دما بر جنسیت خزندگان بسیار پیچیده‌تر از تصورات پیشین است. دانشمندان تا مدت‌ها گمان می‌کردند هر خزنده صرفاً از یک روش برای تعیین جنسیت بهره می‌برد: یا منشأ ژنتیکی دارد یا متکی بر دماست.
با این حال، خزندگان می‌توانند از تعیین جنسیت بر پایه کروموزوم به کنترل وابسته به دما تغییر وضعیت دهند؛ بدین معنا که جنسیت می‌تواند تحت تأثیر شرایط محیطی دگرگون شود.
در سال ۲۰۱۵، Holleley و همکاران در مطالعه‌ای روی سوسمار اژدهای ریش‌دار مرکزی (Pogona vitticeps) این پدیده تغییر جنسیت را به اثبات رساندند.
این خزنده در شرق استرالیا زندگی می‌کند و هنگام احساس خطر با گشودن دهان و متورم کردن بخش خادار زیر گلوی خود جلب توجه می‌کند.
انسان از سیستم XY برای تعیین جنسیت استفاده می‌کند که در آن ماده‌ها دارای کروموزوم XX و نرها دارای کروموزوم XY هستند. در نقطه مقابل، این سوسمار از سیستم ZW پیروی می‌کند که در آن ماده‌ها دو کروموزوم ناهمسان (ZW) و نرها دو کروموزوم همسان (ZZ) دارند.
این سازوکار در پرندگان، برخی دیگر از خزندگان و حشرات نیز برقرار است. نکته شگفت‌انگیز اینجاست که سوسمارهای دارای کروموزوم ZW همواره ماده می‌مانند، اما نمونه‌های دارای کروموزوم ZZ می‌توانند نر یا ماده شوند.
سیستم تعیین جنسیت ZW در پرندگان (نمونه مرغ)
پژوهشگران با تنظیم دماهای گوناگون برای خروج از تخم در آزمایشگاه و بررسی وضعیت ژنتیکی نوزادان دریافتند که در دمای عادی، ژنوتیپ و فنوتیپ جنسی هم‌خوانی دارند.
اما در دماهای بالاتر، ۵۰ درصد از نمونه‌ها دچار وارونگی جنسی شدند؛ به گونه‌ای که سوسمارهای دارای ژنوتیپ نر (ZZ) به صورت فیزیکی به ماده تبدیل شدند. هرچه دما بالاتر رفت، شمار ماده‌هایی با ژنوتیپ نر (ZZ) بیشتر شد.
علاوه بر این، ماده‌هایی که دچار این وارونگی جنسی شده بودند، حدود دو برابر بیشتر از ماده‌های با ژنتیک طبیعی ZW تخم‌گذاری کردند و احتمال تغییر جنسیت در فرزندان آن‌ها نیز بیشتر بود؛ موضوعی که می‌تواند به مازاد چشمگیر جمعیت ماده‌ها بینجامد.
پرسش اساسی این است که دما چگونه چنین تأثیری بر جنسیت می‌گذارد؟
بررسی‌ها نشان می‌دهد غدد جنسی در جنین خزندگان در مراحل اولیه تفاوت آشکاری میان دو جنس ندارد. اما در جریان رشد رویانی، دمای بالا جلوی توسعه بیضه‌ها را گرفته و رشد تخمدان‌ها را تحریک می‌کند.
تغییرات دما سطح هورمون‌های جنسی جنین را دگرگون می‌سازد که خود بر میزان هورمون‌های استروئیدی و در نتیجه تکوین غدد جنسی اثر می‌گذارد. در طبیعت نیز خزندگان هورمون‌های استروئیدی ترشح می‌کنند که بر تمایز جنسی اثرگذار است.
از سویی دیگر، بیان ژن‌ها به فعالیت آنزیم‌های زیستی وابسته است تا فرایندهای سلولی تنظیم شوند و نوسانات دما کارایی این آنزیم‌ها را دستخوش تغییر می‌کند.
در دماهای بالا، ممکن است ساختار پروتئین‌های روی کروموزوم‌ها دچار اختلال شود؛ رویدادی که روشن یا خاموش شدن ژن‌ها در DNA، رونویسی، ترجمه و ساخت پروتئین‌های خاص را مختل کرده و جهت تکوین غدد جنسی را هدایت می‌کند.
اگرچه بررسی علمی پدیده تغییر جنسیت ناشی از دما ابعاد تازه‌ای از طبیعت را آشکار کرده است، اما شتاب گرفتن گرمایش جهانی نگرانی‌هایی جدی پیرامون آینده این گونه‌ها پدید آورده است.
ممکن است مطرح شود که زمین در ۱۰۰ هزار سال گذشته دوره‌های متعددی از تغییرات شدید دمایی را از سر گذرانده و این جانوران توانسته‌اند بقای خود را حفظ کنند. اما واقعیت این است که در آن دوران، نوسانات اقلیمی روندی بسیار تدریجی داشت و گونه‌ها فرصت کافی داشتند تا زمان‌بندی و دوره‌های لانه‌سازی خود را با شرایط تطبیق دهند.
یکی از راهکارهای سازگاری، انتخاب محل مناسب برای لانه‌گذاری است. لاک‌پشت رنگین از طریق انتخاب لانه‌های مناسب تا حدی آثار گرما را تعدیل می‌کند؛ برای نمونه اگر زمستانی گرم‌تر از سال گذشته باشد، ماده‌ها زودتر اقدام به ساخت لانه می‌کنند.
مقایسه دمای میانگین جهان در سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۸ با خط پایه ۱۹۵۱ تا ۱۹۸۰، بر پایه داده‌های NASA Goddard Institute for Space Studies.
با این همه، سرعت کنونی گرمایش اقلیمی از توان سازگاری این موجودات فراتر رفته است.
مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۳ در نشریه Genome Biology منتشر شد نشان داد افزایش تنها ۱ درجه سانتی‌گراد در میانگین دما می‌تواند جمعیت لاک‌پشت‌های رنگین را به سوی تک‌جنسیتی شدنِ کامل و صددرصد ماده سوق دهد. حساسیت شدید به دما می‌تواند گونه‌های نر را با خطر انقراض روبه‌رو کند.
پژوهش دیگری نیز نشان می‌دهد که استمرار روند فعلی گرمایش جهانی می‌تواند تعادل جنسیتی را در گونه‌هایی مانند اژدهای ریش‌دار به هم بزند و این گونه‌ها را به سوی انقراض پیش ببرد.
بنابراین، نمی‌توان صرفاً بر انطباق‌پذیری طبیعی این جانوران تکیه کرد؛ مهار گرمایش جهانی و کاهش شتاب تغییرات اقلیمی ضرورتی فوری برای حفاظت از تنوع زیستی است.
منابع: Holleley C E, O'Meally D, Stephen D. et al. Sex reversal triggers the rapid transition from genetic to temperature-dependent sex[J]. Nature, 2015 , DOI: 10.1038/nature14574. Ribas L, Liew W C, Díaz N, et al. Heat-induced masculinization in domesticated zebrafish is family-specific and yields a set of different gonadal transcriptomes[J]. PNAS, 2017, DOI:10.1073/pnas.1609411114. Shao C W,Li Q Y, Chen S L, et al. Epigenetic modification and inheritance in sexual reversal of fish[J]. Genome Research, 2014, DOI:10.1101/gr.162172.113. Zhu Yehua. Temperature increase changes gender, is this science? The Intellectual, 2017/03/21. Xinhua News Agency. Warm weather causes gender imbalance in the Great Barrier Reef: 99% of newborn turtles are female, 2018-01-10. Liu Z, Li W, Tang S, et al. Research progress of temperature-dependent sex determination in reptiles[J]. Sichuan Journal of Zoology, 2012, 31(04):675-678. Ding G, Yang J, Xu D, et al. Temperature-dependent sex determination in reptiles[J]. Chinese Journal of Ecology, 2010, 29(10):2028-2034.