Geslachtsbepalende systemen
probleem voor evolutietheorie?

1. Geslachtsbepalende systemen in zoogdieren
       het SRY-gen
       het DSS-gen
       het SOX9-gen
2. Geslachtsbepalende systemen in buideldieren
3. Geslachtsbepalende systemen in reptielen
4. Geslachtsbepalende systemen in vissen
5. Geslachtsbepalende systemen in vogels
6. Geslachtsbepalende systemen in amfibiën
7. Geslachtsbepalende systemen in insecten
8. Geslachtsbepalende systemen in ongewervelden
9. conclusies

In het boek Degeneratie is op bladzijde 186-191 een beschrijving gegeven van de zeer uiteenlopende genetische systemen die gebruikt worden bij de geslachtsbepaling. Omdat deze zozeer structureel verschillen, zijn ze een goede indicator om (onoverbrugbare) grenzen tussen typen te bepalen.
Daarom worden op deze pagina deze geslachtsbepalende mechanismes verder verkend.

Inleidende opmerkingen

Prof. John A. Davison heeft een paar erg interessante artikelen staan, betreffende evolutie en sexe-determinatie.
Zijn bevindingen zijn in dit verband van groot belang. Hij schrijft onder andere:

As well as I can determine the neo-Lamarckians, the neo-Darwinians, and the Creationists all fail even to acknowledge the existence of this experimental and discriptive literature (over sexe-determinatie, PMS), not to mention its significance for their particulair views. In that respect the Creationists are missing an oppurtunity for their case since nonhomology means separate origin, which prima facie might be interpreted to mean special creation.
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, prof. J.A. Davison. (cursivering van mij)

Dat laatste is niet wat Davison doet. Hij stelt een alternatieve hypothese voor. Zijn opmerkingen zijn echter uitermate interessant, omdat ze van een in overige zin rasechte evolutionist komen, die echter het Darwiniaanse principe verwerpt. Omdat hij daar niet krampachtig aan vast hoeft te houden, spreekt hij vrijuit over de gradueel 'onherleidbare' verschillen.
Zijn eigen hypothese behandel ik in dit document niet. Voor wie daar in geïnteresseerd is verwijs ik naar zijn eigen pagina's.

'Sex' ontstond slechts één keer?

In Biology van Campbell staat een interview met John Maynard Smith, die daar 'one of the most important evolutionary biologists since Darwin' genoemd wordt. Het interview gaat met name over het ontstaan van sex vanuit een evolutionair gezichtspunt.

Hij zegt:

I think the data supports this view in that very few species of eukaryotes have been asexual for a very long time, in evolutionary terms. Some species may have been asexual for perhaps thousands or maybe even tens of thousands of years, but there propably aren't very many organisms that have been asexual for longer then that. Asexuality seems to work fine for a time and then the world changes, they can't change, and the population goes extinct. I think that is what maintains sex. - that's why asexual populations are rare and relatively young.
I don't think the maintenance of sex is as difficult a problem as its origin. I suspect that sex originated just once.
Biology, Campbell, blz. 397

Prof. Davison denkt daar heel anders over:

Several scientist have apparently independently used the term "Blind Alley" to indicate that major evolutionary change has ceased. The failure to observe speciation through selection would indicate that obligatory sexual reproduction is incapable of producing progressive evolution. Favoring this conclusion is the evidence that sex determination has independently evolved.
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, prof. J.A. Davison

In de New Scientist van 11 juli 1998 stond op pag. 27:

"Sex chromosomes evolved independently in birds and mammals, an analysis of DNA has confirmed. Anna-Karin Fridolffson of the swedish university of Agricultural Sciences in Uppsala and her colleagues examined DNA from bird W and Z chromosomes, the avian equivalents of mammalian X and Y. They first established that the W and Z chromosomes have a common genetic ancestor by showing for the first time that they have a pair of genes in common. One of the genes regulates gene expression, while the other is involved in manufacturing the enzyme ATP synthase. 'It is the strongest evindence yet that both W and Z evolved from the same non-sex chromosome" says Fridolffson. Next, the researchers showed that neither of these genes is on mammalian sex chromosomes, which do not vary much in mammals. This makes it almost certain that they have different genetic origins, they say in the current issue of Proceedings of the National Acadamy of Sciences, (vol 95, p.8147)"

Algemeen

Er zijn honderden genen betrokken bij de geslachtsbepaling, maar meestal wordt de aanzet voor het ene of het andere aangegeven door een enkel gen.

There are indeed hundreds of genes that are necessary to construct the basic reproductive system of vertebrates during early development, but the trigger to take on a female or a male form arises from testes determining factor, the TDF gene.
Sex Determination and differentiation, Sinervo

Verderop in dit document zullen we nog zien dat dit ene gen sterke bijstand kan krijgen van andere genen of juist 'overruled' kan worden door andere.

1. Geslachtsbepalende systemen in zoogdieren

Van het zoogdier-systeem is aardig wat informatie te vinden. We zullen het hier onderzoeken aan de hand van een vergelijking van de aminozuur-volgorde van het SRY-gen.

Het SRY-gen

Bij schapen, geiten, varkens, paarden, muizen, ratten, dunnarts (een muisachtig buideldier), gorilla's en de mens wordt het geslacht (onder andere) bepaald door een zogeheten Testis Determining Factor op het Y-chromosoom, ook wel aangeduid met SRY (van Sex Reversal on Y-chromosome; als het uitgeschakeld is wordt het geslacht net anders).

Dit SRY-gen bestaat globaal uit drie onderdelen:

A-H-X.

Hieronder zal ik deze domeinen beschrijven.

Het H-domein
H staat voor het HMG-domein, de high-mobility group. Dit is het domein dat bindt aan het DNA en ook het DNA buigt, waardoor het kan werken als een transcriptie-factor (ofwel het zorgt ervoor dat het gen vertaald gaat worden). Aan het begin en eind van dit HMG-domein zitten 'NLS-motieven' die ervoor zorgen dat het eiwit in de celkern toegelaten wordt.

het H-domein van de gorilla

* Het HMG-domein bevat een sequentie (ergens tussen posities 57-80) die overeenkomt met CaM-bindende eiwitten. SRY/CaM-complexen binden vooral aan DNA-code AACAAT. Door het binden verandert SRY van structuur. CaM schijnt daarmee de DNA-bindende rol van HMG-boxen te reguleren.

* HMG-boxen komen in allerlei soorten transcriptie-factoren voor (=overeenkomst in functionaliteit), maar kunnen onderling grote verschillen vertonen (= ze moeten niet allemaal dezelfde genen vertalen!).

* Onderzoek naar mutante SRY-genen toonde aan dat de hoek waaronder het DNA gebogen wordt van belang is voor het juist functioneren van het gen. Interactive Fly zegt daarom:

The angle induced by SRY depends on the exact DNA sequence and thus adds another level of dicrimination in target site recognition. These data suggest that the exact spatial arrangement of nucleoprotein complex organized by SRY is essential for sex determination.

Ofwel: de exacte ruimtelijke ordening van het SRY-gen in combinatie met de eiwitten waar het mee reageert is van belang om te bepalen welke genen vertaald worden en welke niet.

Het menselijk SRY-eiwit.
Duidelijk is de structuur van de HMG-box te zien,
die zich aan de DNA-spiraal moet binden.

Het A-domein
De functie van het A-domein is mij niet duidelijk, maar het vertoont ook grote overeenkomst tussen al de soorten. De lengte varieert van 59 tot 64 aminozuren en de verschillen ertussen bedragen tot 37 aminozuren (schaap - gorilla) tussen de soorten.

het A-domein van de gorilla

Bij de muizen ontbreekt dit domein. Bij 'buidelmuizen' of dunnarts zit daar iets geheel anders.

Het X-domein
De exacte functie van dit deel is mij ook niet duidelijk. Het is het meest variabele deel van de SRY-genen en ook qua lengtes verschilt het het meest.

het x-domein van de gorilla

Hieronder een overzicht van de lengtes van de verschillende domeinen:

Vergelijking van de sequenties levert het volgende beeld op qua overeenkomst in structuren.
(Als de hoofdletters overeenkomen, is er overeenkomst in dat deel. De cijfers geven de lengte van het stuk aan.)

Vergelijking van het aantal en het percentage verschillen tussen de domeinen met die van het SRY-gen van een gorilla levert het volgende resultaat op.
(Getracht is bij niet-overeenkomende lengtes zodanig 'spaties' te plaatsen - wat theoretisch inserties of deleties zouden kunnen zijn - dat de overeenkomst zo groot mogelijk is. Zo'n 'spatie' telt als 1 verschil.)

• De grootste overeenkomsten zitten bij de niet-muizen.
• Mensen- en gorilla-SRY (veronderstelt van verschillende typen te zijn) verschillen slechts in 4 aminozuren in het A-domein.
• Schapen- en geiten-SRY (veronderstelt van hetzelfde type te zijn) verschillen 3 aminozuren in het A-domein en 8 in het XYZ-domein.
• Bison- en koeien-SRY (veronderstelt van hetzelfde type te zijn) verschillen in slechts 1 aminozuur in het Z-domein.
• De opmerkelijkste verschillen zitten tussen de muizen, de buidelmuizen en de overige soorten. Hun niet-HMG-domeinen vertonen nog niet de geringste overeenkomst (zie hieronder)

* Interactive Fly meldt dat menselijk SRY niet werkt in muizen:

The HMG domain of the SRY protein represents a DNA binding motif that displays rather unusually weak evolutionary conservation of amino acids between human and mouse sequences. The human (h) SRY gene is unable to induce a male phenotype in genetically femal transgenic mice. The DNA binding and bending properties of the HMG domains of murine (m) SRY and hSRY differ from each other. In comparison, mSRY shows more-extensive major-groove contacts with DNA and higher specifity of sequence recognition than hSRY.
(cursivering PMS)

Waar de HMG-boxen van de niet-muizen-soorten voornamelijk in het kleine spoor van het DNA vasthaken, haakt muizen-SRY vooral in het grote spoor vast. (De spiraal-structuur van DNA vertoont een breder en smaller stuk. De twee ruggegraten zitten niet precies recht tegenover elkaar.)

Verder zegt Interactive Fly over muizen-sry:

This transcript, which is very different from that of the human SRY gene, reveals several features which may be involved in translational control.

* Vergelijking van de sequenties van muize-sry en mense-SRY laat zien dat er in het geheel geen overeenkomst is in het X-deel. De structuur voor muize-SRY laat zich het beste als volgt aangeven:

Q₄-H₇₁-D₈₁-xR-E₃₄

Q is een stukje van 4 aminozuren als voorloper op de HMG-box.
H is de HMG-box
D is een unieke sequentie van 81 aminozuren
xR bestaat bij verschillende muizesoorten uit 12, 16 en 18 keer een stukje dat telkens slechts weinig verschilt van de sequentie , waarbij er tot wel 13 maal Q kan staan.
E is ook weer een unieke sequentie van 34 aminozuren.

* Het D-R-E-domein is allesbehalve functieloos. In de Pubmed Entrez database staat erbij vermeld:

The Gln- and His-rich domain may mediate proteïn-proteïn interactions.
In particular the poly-Gln region in 167-177 is polymorphic with either 11,12 or 13 Gln. The nature of this poly-Gln tract could affect the proteïn's function by disturbing its secondary structure, perhaps by preventing efficiënt contact with another proteïn.

Verder is er een mutant bekend waarbij een groot deel van xR en E₃₄ verdwenen zijn, waarbij van sexe-omkeer sprake is. Dat laat zien dat dat deel nodig is voor muizen-SRY om functioneel te zijn.

Algemeen
Dat de rol van SRY is om te bepalen welke genen vertaald worden naar eiwitten (via RNA uiteraard) neemt niet weg dat het ook kan fungeren als een repressor voor andere genen!

Cell transfection assays have demonstrated transcriptional activation of a testis-specific gene by SRY protein (Cohen et al. 1994). However, this does not exclude the possibility that SRY may also act as a repressor of transcription in other cicumstances.
Practical Paediatric Endocrinology, New genes for boys.

Behalve het SRY-gen dat bepaald of er testis ontwikkeld worden, is er bij de mens ook een DSS-gen (van Dosage Sensitive Sex reversal) ontdekt, waarvan twee kopieën in sommige gevallen ervoor kunnen zorgen dat er tóch eierstokken ontwikkeld worden.

Two active copies of the DSS-gene are believed to override the testis determining signal resulting in the development of ovaries and an XY female (King et al. 1995)
Practical Paediatric Endocrinology, New genes for boys.

Het DSS-gen huist op het X-chromosoom.

Het SRY-gen heeft nog een broertje in het SOX9-gen dat medeverantwoordelijk is voor ontwikkeling van het mannelijke fenotype. Mutaties in een enkel allel van dit gen (dus bij heterozygose) veroorzaken meestal dodelijke skelet-deformaties (in een vorm van dwergjes) en driekwart van de dragers ontwikkelt zich als een XY-vrouw, wat laat zien dat het gen ook betrokken is bij testis-ontwikkeling.

We have recently shown that SOX9 protein acts as a transcriptional regulator of the COL2A1 gene, encoding the major component of cartilage, type II collagen. The observation that COL2A1 expression is directly regulated by SOX9 protein in vivo represents a significant advance in our understanding of the molecular genetic regulation of skeletal development, and implicates abnormal regulation of COL2A1 during chondrogenesis as a cause of the skeletal abnormalities associated with CD.
http://www.imb.uq.edu.au/groups/koopman/html/projects_sox9skel.html

De HMG-box van SOX9 vertoont 71% overeenkomst met die van SRY. SOX9 bestaat uit twee introns en is het enige tot dusver bekende SOX-eiwit (dat betrokken is bij beslachtsbepaling) dat niet uit een enkele exon bestaat. SOX9 fungeert waarschijnlijk ook als een vertaal-eiwit dat ontwikkelings-patronen regelt.

Twee voorgestelde mogelijke rollen voor SOX9 zijn:

1. SRY-expressie hangt normaal gesproken tegen een bepaalde drempel aan. Voldoende SOX9 tilt het over de drempel heen om zo tot ontwikkeling van het mannelijk geslacht aan te zetten.
2. Een bepaald type cellen dat ook betrokken is bij de ontwikkeling van bot en kraakbeen verhuist tijdens de embryonale ontwikkeling naar de plek waar de genitaliën zich ontwikkelen. Het ontbreken van een allel SOX9 remt de botontwikkeling en het verhuizen naar de genitale plek, waardoor afwijkingen in het skelet ontstaan en de testis zich niet ontwikkelen.

Het SOX9 -gen huist bij mensen op chromosoom 17q en bij muizen op chromosoom 11.

2. Geslachtsbepalende systemen bij buideldieren

* De 'buidelmuizen' of dunnarts zijn reeds besproken bij het SRY-gen voor zoogdieren.

* Aan de hand van onderzoek bij 26 intersexuele buideldieren heeft men het volgende vastgesteld:

The possesion of a pouch and mammaries, but no scrotum, is associated with two X-chromosomes. The complementary type, possession of a scrotum but no pouch or mammaries is associated with one X. The Y does not seem to influence this dichotomy, although it is clearly testis determining in marsupials. The data are compatible with a dosage hypothesis. They are also compatible with an imprinting hypothesis, with the paternally derived X being necessary for mammary gland development.

De suggestie hier is dus dat de ontwikkeling van borstklieren wordt veroorzaakt door het mannelijke X-chromosoom, volgens een principe dat 'imprinting' heet. Dat komt erop neer dat het mannetje bij het doorgeven van het X-chromosoom daar op de een of andere manier een stempel op drukt, wat er uiteindelijk voor zorgt dat er borstklieren ontwikkeld worden in de nakomeling.

Resumerend:

Verder zegt de schrijver:

In interpreting the data it is important to recall (a) that scrotum in marsupials and eutherians are not homologous organs (b) the marsupial scrotum is not testosterone sensitive and (c) that X-inactivation in marsupials is paternal, not random
P5. X-chromosome involvement in marsupial sex differentiation

X-inactivation is het uitgeschakeld raken van het X-chromosoom doordat het zich geheel oprolt en verder geen rol meer speelt in de vertaling naar eiwitten. Bij katten kan dat de zogenaamde lapjeskat opleveren. Hier wordt gesteld dat dit uitschakelen van één X-chromosoom bij buideldieren niet willekeurig is maar bepaald wordt door de vader.

* Bij kangaroes schijnt de moeder het geslacht te bepalen doordat eerst alleen maar vrouwtjes geboren worden en op latere leeftijd pas mannetjes. Ik zie niet hoe dat overeenstemt met bovenstaande maar kan verder nog geen gegevens daar over vinden.

* Buideldieren worden gezien hun overeenkomsten geacht een enkele aftakking te zijn van de zoogdieren. Echter de overeenkomsten van sommige soorten buideldieren met hun tegenhangers in de zoogdieren zijn zo groot, dat je bijna kan spreken van twee 'uitvoeringen' van hetzelfde dier. Van beren, wolven en muizen zijn 'versies' leverbaar als zoogdier of als buideldier. Alsof je een Opel Kadet met benzinemotor kan krijgen of met een diesel.

Another common phenomenon is that of convergence. The remarkable similarities that exist between the marsupial wolves and bears and their placental counterparts defies any mechanism based upon the accidental production of virtually identical morphologies in unrelated animals. These phenomena are extremely difficult to understand since they seem to require directive agencies which at the present are beyond our comprehension. Accordingly, I will make no attempt to explain them.
The End of Evolution, prof. J.A. Davison

3. Geslachtsbepalende systemen bij reptielen

Veel reptielen hebben geen sex-chromosomen. Het geslacht wordt bepaald door de temperatuur waarbij de eieren zich ontwikkelen.

The leopard gecko, like many oviparous reptiles, lacks sex chromosomes.
Journal of Comparative Neurology

Of er mannetjes of vrouwtjes uitkomen bij lage of hoge temperatuur verschilt van soort tot soort:

Many turtles, lizards, crocodilians and a few snakes have a form of sex determination that depends on the incubation temperature of eggs. Given that the female is responsible for the location that she buries het eggs, she can control the sex ratio of her clutch. For example, some turtles have eggs that turn into males when they incubate at low temperatures, and females when they are incubated at high temperatures. There is also a temperature at which eggs develop into males and females with a 50:50 ratio. This temperature is referred to as the threshold temperature. Other species of turtles produce males at low temperatures, females at intermediate temperatures, and males at the highest temperature.
Sex Determination and differentiation, Sinervo

Fred Janzen onderzocht het verschil tussen individuen wanneer ze zich bij verschillende temperatuur ontwikkelden en ontdekte dat die broedsels die bij een gemiddelde temperatuur ontwikkelden zwakker waren en een lagere overlevingskans hadden dan de broedsel die uit volledig mannelijke of volledig vrouwelijke individuen bestond. Vanuit het gegeven dat mannetjesschildpadden rustig kleiner kunnen zijn dan vrouwtjes, ontstond de hypothese dat het vrouwtje, afhankelijk van de omstandigheden kan beslissen of ze mannetjes of vrouwtjes als nakomeling 'wil'. Dit kan ze beïnvloeden door de temperatuur van de locatie uit te zoeken en bijvoorbeeld al dan niet dieper te graven:

If she has big eggs, perhaps because it was a good year for her, then she should produce a female biased clutch. If she has small eggs, perhaps because it was a bad year, then she should produce a male biased clutch.
Sex Determination and differentiation, Sinervo

Scientists have found that females of a lizard species that live in the mountains of southeastern Australia control the sex of offspring by controlling their own adult body temperature. It's the first time that temperature-dependent sex determination has been reported in a species that gives birth to live young.
http://news.nationalgeographic.com/news/animals_03.html

4. Geslachtsbepalende systemen bij vissen

De papagaaivis veranderd van geslacht tijdens haar leven. Alle individuen beginnen als vrouwtje en veranderen later in mannetjes. Bovendien zijn er twee soorten mannetjes! Eentje die territoriaal ingesteld is en een ander die probeert het nest weg te kapen van de andere mannetjes. Sommige vrouwtjes veranderen direct in territorialen, anderen eerst in wegkapers en dan in territorialen. Dit is dus een soort met drie geslachten!

Fish do things differently, and as befits the diversity of fishes, there is diversity in how sex is determined. If you were to peek inside the cell of a male mammal using high magnification you could actually see the X and Y chromosomes. They look different. This is seldom true in fishes; instead the sex chromosomes usually look the same. While in some fishes there appears to be chromosomal inheritance of sex, often sex determination is more flexible, influenced by environmental factors such as temperature, pH, hormones, and social conditions. Even in cases where there is chromosomal inheritance of sex, extreme treatments can "override" the genetic basis of sex. For example, genetically female guppies will mature as males if raised in extreme temperatures (Francis, 1992). Recent work on cichlids is revealing the extent of this flexibility.
http://www.petsforum.com/cichlidroom/articles/a100.html

Bij de ciclyden wordt het geslacht bepaald door de relatieve grootte ten opzichte van de andere vissen.

Francis and Barlow started with a brood of Midas cichlid fry and raised them together for six months. At the end of this time they sampled 74 juveniles from this group which they carefully measured. The median standard length was 52.2 mm (roughly 2"). The researchers then took the 37 fish larger than the median and put them in their own tank and called it the "Large" group. They put the 37 fish smaller than the median together in a different, but identical, enclosure designated the "Small" group. The fish were then allowed to grow and mature for another six months.

From their size at the initial measuring, we would expect the bulk of the fish in the "Large" group to mature into males, while the bulk of the "Small" fish should mature into females. However, when Francis and Barlow looked at the fish at one year of age, that is not what they found. At one year the fish were starting to mature sexually and by examining the fish externally (and then confirming the observations by dissections), the researchers found that roughly half the fish in each enclosure were male, and half were female. Furthermore the large fish in each enclosure were the males, and the smaller ones were the females. In the "Large" group, males ranged from 116-143 mm SL, while females ranged from 96-123 mm. In the "Small" group, males were 129-155 mm SL, while females were 105-128 mm.

The only explanation for this data is that the largest fish in each enclosure "decided" to become male, while the smaller ones "decided" to become females.
http://www.petsforum.com/cichlidroom/articles/a100.html

Maar het kan bijvoorbeeld ook aan de pH van het water liggen:

David Rubin (1985) of Clark University followed up on Heiligenberg's (1965) observations that sex ratio in broods of Pelvicachromis ("kribensis" and relatives) seemed to vary with pH.

In het artikel Serial Female Sex Changes after Simultaneous Removal of Males from Social Groups of a Coral Reef Fish, uit Science, 209:1136, 1980, blijkt dat afhankelijk van de sociale samenstelling bepaalde vrouwtjes besluiten om mannelijk te worden.

5. Geslachtsbepalende systemen bij vogels

Het geslacht bij vogels wordt bepaald door de eicellen en niet door de zaadcellen, zoals bij zoogdieren:

In contrast to the X-Y and X-O systems, eggs determine sex in certain fishes, butterflies, and birds. The sex chromosomes in these animals are designated Z and W. Males have the genotype ZZ; females are ZW. Sex is determined whether the egg carries a Z or a W.
Biology, concepts & connections, blz. 166

Bij kippen zijn tot nog toe geen afwijkingen gevonden in geslacht zoals bij zoogdieren:

Recent advances in knowledge of sex determination in mammals have depended largely on analysis of individuals with aberrant chromosome constitution, such as XO- or XY-females and XX or XXY males. Analogous individuals, ZZ-females and ZW-males, have not been detected in chickens.
Abstracts from VI International Symposium on Avian Endocrinology.

Wel heeft men een triploïde (ZZW) vrouwelijke intersexuele stam kippen kunnen kweken, waarbij de rechter-eierstok zich tot testis ontwikkelt in plaats van de normaal gesproken onderdrukte eierstok bij vrouwtjes.

Testen met deze kippenstam toonden aan dat:

The results support the hypothesis that there is a female (ovary) determining gene on the W-chromosome, the effect of which is able to be inhibited or partly reversed by more than one dose of male (testis) determining gene(s) on the Z chromosome.
Abstracts from VI International Symposium on Avian Endocrinology.

Voor refentie zal ik het Ovary Determining gen op het W-chromosome ORW noemen, naar analogie van SRY. Ook hier is sprake van een DSS-gen (dosering-afhankelijk gen), maar het doet precies het tegenover gestelde van het zoogdieren DSS-gen: het zorgt voor mannetjes i.p.v. vrouwtjes.

* Morais da Silva zegt in een Pubmed-document (ID 8782821):

… in the chick where there is no evidence for a Sry gene.

* Een enorm weird gegeven betreffende sexuele ontwikkeling van kippen stond verderop in het artikel:

Chicken primordial germ cells (PGCs) are known to circulate temporarily via the blood vascular system and colonize into the germinal ridges. Then finally they differentiate into eggs or spermatozoa.
Abstracts from VI International Symposium on Avian Endocrinology.

PGCs zijn die cellen die zich in een later stadium tot geslachtscellen ontwikkelen. In plaats van dat die in de geslachtsorganen gemaakt worden, worden ze ergens anders aangemaakt, via het bloed naar het groepje cellen gestuurd waaruit de geslachtsorganen zich ontwikkelen, om zich daar te verzamelen en in te nestelen en zich definitief tot zaad- of eicellen te ontwikkelen! Amazing!

Verder is het zo dat de beslissing of PGCs zich tot zaad- of eicellen ontwikkelen niet afhangt van het genotype (ZZ-mannelijk of ZW-vrouwelijk), maar van de plaats waar ze zich ontwikkelen, namelijk de linker eierstok, of de rechter:

The decision as to whether a PGC will differentiate into a sperm or an oocyte is dependent not upon its genotype (i.e. whether it is ZZ male or ZW female) but by the type of stroma in which it develops. In the normal female bird the left ovary is functional but the right gonad remains as a rudiment. Destroying the left ovary results in the right gonad proliferating but as a testis, producing sperm from female PGCs.
Abstracts from VI International Symposium on Avian Endocrinology.

Het schijnt zo te zijn dat een kip 2 'eierstokken' of gonads heeft, waarvan alleen de linker een echte vrouwelijke eierstok wordt of juist beiden een echte mannelijke testis. Daarom kunnen er ook afwijkende kippen ontstaan met een dubbele sexe. Bij zoogdieren ontwikkelt zich uit dezelfde groep cellen juist óf mannelijke, óf vrouwelijke geslachtsdelen.

Birds demonstrate another important feature of sex determination. It has been known since antiquity that hen chickens can transform into crowing roosters. In birds, while both testes are present in the male, females have only a single ovary. If the ovary is destroyed by disease or is surgically removed, the other gonad is relieved of inhibition and can develop into a testis. This is possible because of the bipotential nature of the vertebrate gonad. Like the kidney and adrenal gland, the embryonic gonad consists of an outer cortex and an inner medulla. Normally, the genotype determines which of these will develop. The cortex becomes the ovary and the medulla the testis. Each functional gonad serves to inhibit the development of the other (Witschi 1956).
The End of Evolution, prof. J.A. Davison

Ook andere wetenschappers komen tot de overtuiging dat de verschillen in geslachtsbepalende systemen zo groot zijn, dat er sprake moet zijn van het 'onafhankelijke onstaan' ervan. In de New Scientist van 11 juli 1998 stond op pag. 27:

"Sex chromosomes evolved independently in birds and mammals, an analysis of DNA has confirmed. Anna-Karin Fridolffson of the swedish university of Agricultural Sciences in Uppsala and her colleagues examined DNA from bird W and Z chromosomes, the avian equivalents of mammalian X and Y. They first established that the W and Z chromosomes have a common genetic ancestor by showing for the first time that they have a pair of genes in common. One of the genes regulates gene expression, while the other is involved in manufacturing the enzyme ATP synthase. 'It is the strongest evindence yet that both W and Z evolved from the same non-sex chromosome" says Fridolffson. Next, the researchers showed that neither of these genes is on mammalian sex chromosomes, which do not vary much in mammals. This makes it almost certain that they have different genetic origins, they say in the current issue of Proceedings of the National Acadamy of Sciences, (vol 95, p.8147)"

Zie ook http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/95/14/8147

6. Geslachtsbepalende systemen bij amfibiën

Amfibiën bestaan uit drie groepen: kikkers, salamanders en slangachtige salamanders of 'caecilians' (een erg onbekende groep). Deze laatsten hebben geen sex-chromosomen. Onder kikkers en salamanders komt zowel het XY- als het WZ-systeem voor.

The bipotential nature of the vertebrate gonad is also demonstrated by observations on the development of frogs. Frogs (Rana species) while they lack heteromorphic sex chromosomes, can be shown to have heterogametic (XY) males like humans by rearing the tadpoles in the presence of small amounts of male hormone (methyltestosterone). All of the frogs both XY and XX develop into fertile males. When the XX males are crossed with XX females they produce mostly, but not exclusively daughters, demonstrating that even in sexual reproduction the female genome is capable of producing both sexes. Similarly, genetic males may be transformed into females by rearing the larvae in the presence of female (estradiol) hormone (Witschi 1956).

Normally, the sex of frogs is determined at the moment the sperm enters the egg which, in nature, is instantly as the eggs are extruded into the pond water which is charged with sperm already released by the male partner. Early in this century Richard Hertwig discovered that, if fertlization is delayed, an excessive number of males are produced, again demonstrating the bipotentiality of the gonad (Wilson 1925).

In 1916, Jacques Loeb successfully produced twenty frogs by pricking several thousand frog eggs with a fine needle. The vast majority of these developed as haploids never completing larval development. The twenty successes were subsequently demonstrated to be diploid and were undoubtedly due to the occasional failure of the second meiotic division to take place (Wilson 1925). Of the 20 frogs, 15 were males, 3 were females and 2 were of uncertain sex. The males are to be expected in view of Hertwig’s observation on delayed activation.

More recently, large numbers of gynogenetic frogs have been produced by utilizing sperm irradiated with ultraviolet light. These sperm serve to activate the egg but contribute no genetic information. Following activation the eggs are heated briefly which serves to suppress the second meiotic division. This procedure produces large numbers of gynogenetic normal diploid frogs. As with Loeb’s experiments these are not all female with about 3.5 females to each male.These males remain of course genetically female and when crossed with normal females produce primarily but not exclusively daughters. Like hormonally sex reversed males, approximately one in twenty of their progeny is a male (Nace and Richards 1969). These findings are significant because they demonstrate very convincingly that all of the necessary genetic information for both sexes is contained in the female genome.
The End of Evolution, prof. J.A. Davison

In geval van kikkers is het kennelijk zo dat het vrouwelijke genoom alle erfelijke informatie bevat voor zowel mannelijke als vrouwelijke kikker. Bij vogels is dat ook zo, hennen kunnen in hanen veranderen. Bij zoogdieren - alhoewel het Y-chromosoom 'weinig' (genen) schijnt te bevatten - is o.a. het SRY-gen essentieel voor het mannelijke fenotype en deze komt in het vrouwelijke genoom niet voor. Bij zoogdieren is het vrouwelijke genoom alléén onvoldoende om ooit een mannelijke fenotype te produceren.

7. Geslachtsbepalende systemen bij insecten

* Een uitgebreide beschrijving van geslachtsbepaling van fruitvliegjes is te vinden in Degeneratie blz. 187-189.

* Bij de vijgwespen, bestaan mannetjes die allerlei normale kenmerken hebben verloren en alleen nog maar hele grote kaken hebben om te vechten, terwijl er ook 'normale' mannetjes zijn, die kunnen vliegen. Hier is sprake van drie geslachten. Een beschrijving is te vinden in Climbing Mount Improbable van Richard Dawkins.

* Bij de sluipwestensoort Nasonia vitripennis (2n=10) komt een zogenaamd B-chromosoom voor. Men noemt dit wel het meest zelfzuchtige chromosoom in de natuur.
Het geslacht van deze soort sluipwest wordt bepaald door het aantal chromosomen: diploïde individuen zijn vrouwtjes, haploïde individuen zijn mannetjes (n=5 of n=5+B). Als een eicel wordt bevrucht met een spermacel waarin het B-chromosoom voorkomt, worden alle chromosomen van de spermacel uit de bevruchte eicel verwijderd behalve het B-chromosoom. Bij een bevruchting met een spermacel zonder B-chromosoom blijven alle chromosomen in de zygote aanwezig.

bron: VWO-examen biologie 1997

Ik weet niet of de mannetjes van deze sluipwespensoort verschillende uiterlijke kenmerken hebben, zoals bij de vijgwespen, maar een dergelijk systeem zou wel de basis kunnen zijn voor drie geslachten.

* Bij sommige parasitaire insecten bepaalt de grootte van de gastheer het geslacht.

In the social insects a haplo-diplo (male - female) system operates. In certain parasitic forms even the size of the host can determine the sex of the parasite.
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, prof. J.A. Davison.

8. Geslachtsbepalende systemen bij ongewervelden

Slakken zijn hermafrodiete dieren, wat inhoudt dat ze zowel mannelijk als vrouwelijk zijn. Ze kunnen in een morgen eieren leggen, paren als mannetje en daarna ook nog weer als vrouwtje.
Prof. Joosse schrijft  in zijn afscheidsrede als hoogleraar aan de VU over het geslachtsbepalende syteem bij slakken:

Dank zij de moleculaire benadering weten wij nu dat het eileghormoon wordt vrijgemaakt uit een groot precursor eiwit, samen met nog 9-10 andere peptiden. De CDC (Caudo Dorsaal Cellen; ofwel het eileginducerende systeem, PMS) produceren dus een coctail van zeer verschillende peptiden. Van een vrij groot aantal weten we inmiddels ook de functionele betekenis (zie figuur). Deze heeft niet alleen betrekking op ovulatie en legselvorming maar ook op eileggedrag.

Het CDC heeft een organiserende functie. Het controleert in zeer brede zin alle aspecten die te maken hebben met de productie van legsels, het controleert alle aspecten van de vrouwelijke voortplantingsactiviteit door een "organismale, geïntegreerde" besturing daarvan.

Het eilegsysteem is een groepspecifiek systeem, het komt bij alle slakken voor, maar waarschijnlijk niet bij andere dieren.

Tijdens de forum-discussie aan de VU in Amsterdam op 24 maart 1998 was prof. Joosse iets nadrukkelijker. Hij zei dat het mannelijke en vrouwelijke gen "uniek waren in de hele dierenwereld en nergens anders voorkomen".

Het GBS van slakken bestaat uit twee genen, een mannelijke en een vrouwelijke (er zijn wel meerdere versies van de genen aanwezig met onderlinge verschillen), waarin alle functies die bij de beide geslachten horen opgesloten zitten, tot het gedrag aan toe ('Achter' deze peptiden zit uiteraard een systeem dat het gedrag regelt. De peptiden triggeren het alleen maar). De beide geslachtsgenen zijn zelf zodanig gereguleerd dat als de een actief is, de ander niet tot expressie komt en andersom.

Kortom het is een uniek systeem, dat zijns gelijke niet kent en waarvan dus ook geen enkele 'evolutionaire voorgeschiedenis' te maken is. Dit GBS is essentieel en karakteristiek voor slakken. Slakken zijn een onherleidbaar 'type'.

9. Conclusies

In de geslachtsbepalende genen zijn er (zo noem ik het maar even) schakelaars en drempelaars. Als een schakelaar aanwezig is doet het zijn werk. Als een 'drempelaar' aanwezig is, is dat nog niet voldoende. Er moeten per se twee exemplaren aanwezig zijn, zodat de aanmaak van het eiwit over een bepaalde drempel komt en pas dan veroorzaakt het een effect.

Uit de beschrijving in hoofdstuk 15 van Degeneratie blijkt dat bij fruitvliegjes het voornamelijk een drempelaar is die het geslacht bepaalt. Bij kippen en zoogdieren is het een combinatie, maar wel precies tegenovergesteld aan elkaar. Bij zoogdieren is het een testis-schakelaar in combinatie met een eierstok-drempelaar die het geslacht bepaald (sd = , dd = ). Bij vogels is het een eierstok-schakelaar in combinatie met een testis-drempelaar die het geslacht bepaald (sd = , dd = ).

samenvattend:

Dit alles leidt tot de volgende stellingen:

1. het X-domein (en daarmee feitelijk het SRY-gen) bij muizen is onherleidbaar en onoverbrugbaar anders dan het X-domein bij schapen, varkens, apen en mensen. Voor buidelmuizen geldt hetzelfde. Ze behoren tot verschillende niet-verwante typen.
2. Vogels en zoogdieren hebben geen gemeenschappelijke voorouders gehad, omdat hun geslachtsbepalende systemen onherleidbaar verschillen.
3. Evolutionisten moeten niet de overeenkomsten verklaren, maar de verschillen tussen de systemen.

Wat betreft de overige besproken zoogdieren ben ik van mening dat de verschillen óók tot het onderscheiden van typen kan leiden. Maar de overeenkomsten zijn zodanig dat ze ook (al vind ik persoonlijk met moeite) in een evolutionistisch model geplaatst kunnen worden (men gooie met wat insertes, deleties, substituties, mutaties in start- en stopcodons en voila). De overeenkomsten sluiten echter geenszins een creatie-degeneratie-model uit. De domeinen B, Y en Z zullen ongetwijfeld functies vervullen, alhoewel deze niet eens zo wezenlijk hoeven te zijn dat bij afwezigheid de gebruikelijke mannelijke sexe niet meer tot stand komt. Het zou kunnen dat slechts een bepaalde mannelijke eigenschap erdoor tot stand komt. Ook het gegeven dat bijvoorbeeld zijdeaapje-SRY veel meer overeenkomst heeft met gorilla-SRY dan geiten- of varkens-SRY, duidt niet zomaar op een gemeenschappelijke oorsprong. Ik zie dit niet anders dan dat, naarmate de buitenkant (het fenotype) meer overeenkomst vertoont, dit ontegenzeggenlijk ook moet betekenen dat de binnenkant (het genotype) sterkere overeenkomsten vertoont. Alhoewel er kennelijk functieloze of neutrale wijzigingen mogelijk zijn (zoals tussen schapen en geiten), wil dat in het geheel nog niet zeggen dat alle verschillen, zoals bijvoorbeeld tussen gorilla en bison, ook functieloos zijn.

Prof. Davison gaat, als evolutionist!, zelfs zover:

All known mammals have male heterogamety with the familiar XY-male and XX female. By contrast, all birds are the opposite with most urodeles (newts and salamanders) like birds and all anurans (frogs and toads) except Xenopus like mammals. In reptiles examples of both kinds occur as well as temperature determination in certain turtles and crocodilians.

Among the Arthopods similar differences prevail. Diptera generally have heterogametic males while Lepidoptera are like birds and urodeles with heterogametic females.
...
The Russian cytologist N. N. Vorontsov was one of the first to call attention to the nonhomology of the various sex determining devices.

"Just as the transition from isogamy to anisogamy and to oogamy took place independently of each other in the various phyla of plants so the formation of mechanisms of the cytogenetical sex determination with differentiated heterochromosomes follows the same pattern in various kingdoms and phyla and results in an independent occurrence of the XX-XY system in Melandrium as well as in many Insecta and Mammalia, whereas the ZW-ZZ system evolved independently in Trichoptera, Lepidoptera, Serpentes and in Aves. Against the background of these facts it is unclear whether the male species of different groups are homologous to each other or not; they appear to be nonhomologous" (VORONTSOV 1973).

This remarkable conclusion is of course totally incompatible with the neo-Darwinian concept of the evolutionary process.
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, prof. J.A. Davison

Wat hij hier zegt is samengevat in de volgende tabel:

Als hij vervolgens bespreekt waar de PGC (Primordial Germ Cells) vandaan komen bij de verschillende soorten, dan citeert hij:

From their monograph Nieuwkoop and Sutasurya write:

"When comparing PGC formation in the urodeles with that in the anurans, one is unavoidably led to the conclusion that not only do the PGCs originate from two different sites in the two groups, but that there are moreover two fundamentally different mechanisms at work

En:

Note the clear correlations between nonhomologous modes of sex determination and equally nonhomologous methods and sources for germ cell formation. As I have indicated elsewhere any theory of evolution must include in its postulates these fundamental differences.
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, prof. J.A. Davison

Het lijkt erop alsof prof. Davison nu voorstelt dat er meerdere evolutionaire ontwikkelingslijnen zijn. Die van kikkers via sommige reptielen naar zoogdieren, en die via salamanders via andere reptielen naar vogels. Want hij zegt:

Since the definitive sex cells of the various vertebrate groups cannot be homologized, they cannot be considered as ancestral cell lineages. Rather they are secondary or derived lineages correlated in their origins with the equally independent and nonhomologous invention of sexual reproduction.

Maar dat zou betekenen dat het 'concept' reptiel twee keer 'uitgevonden' is tijdens de evolutie. Eén keer bij de padden/kikkers en een keer bij de salamanders??!
Hij stelt als alternatief zijn 'semi-meiotic hypothese' voor dat niet-sexuele reproductie inhoudt en besluit met:

When the semi-meiotic hypothesis was first proposed (DAVISON 1984) I pointed out that it has yet to be demonstrated that any creature reproducing by obligatory sexual means is capable of evolution beyond the generic level. No response to that challenge has been forthcoming ...
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, prof. J.A. Davison, (cursivering van mij)

Bronnen:

Biology, Campbell

Biochemistry, Voet

Biology, concepts & connections

Sex Determination and Differentiation, Barry Sinervo, University of California, Santa Cruz http://www.biology.ucsc.edu/~barrylab/classes/animal_behavior/SEX_DEVO.HTM

Evolutionary homologs, Interactive Fly, Thomas B. Brody, Ph.D.
http://iubio.bio.indiana.edu:70/IUBio-Software+Data/flybase/allied-data/interactive-fly/dbzhnsky/dichaet2.htm

NCBI - Entrez, database met eiwitsequenties en aanverwante zaken.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Entrez/

Practical Paediatric Endocrinology, new genes for boys,
http://www.rwi.edu.au/pracendo.htm (pagina is niet meer on-line)

X-Chromosome involvement in marsupial sex differentiation
http://kiwi.imgen.bcm.tmc.edu:8088/chrx/95/abstracts/P5.html (pagina is niet meer on-line)

Independent effects of incubation temperature in the leopard gecko, a lizard with temperature-dependent sex determination, Journal of Comparative Neurology,
http://journals.wiley.com:8080/0021-9967/abs/v380n03p409.html (pagina is niet meer on-line)

Abstracts from. VI International Symposium on Avian Endocrinology.
http://crac3.ch.kcl.ac.uk/scitech/pab/pababs11.htm (pagina is niet meer on-line)

The End of Evolution,
The "Blind Alley": its significance for evolutionary theory, van prof. J.A. Davison
http://www.uvm.edu/~jdavison/