W zeszłym roku byłem zaskoczony, gdy okazało się, że moja samica kaczka mandaryńska zmienia się w samca. Nawet jako absolwent zoologii i ktoś, kto trzymał ptaki w wolierze od 10 roku życia, nie miałem absolutnie pojęcia, że to może się zdarzyć, więc zacząłem badać i okazuje się, że sposób, w jaki ptaki wyrażają swoją płeć, jest diabelnie złożoną sprawą.
Kaczki mandaryńskie są małym gatunkiem kaczek gniazdujących na drzewach, które pochodzą z Chin.
Były one trzymane w niewoli w Wielkiej Brytanii przez dziesięciolecia po tym, jak posiadacze ptaków zostali zauroczeni niesamowitym upierzeniem hodowlanym samca.
To upierzenie jest drugorzędną cechą płciową samców, i jest zależne od pory roku, z samcami wylinki z samica-jak tępy brązowy ubarwienie w jesieni.
Moja samica, będąc szczęśliwie sparowana z samcem mandarynki w mojej wolierze, odrzuciła ten trend, wyrastając z męskich piór. Co się stało?
W ustaleniu, co się właściwie stało, ważne jest, aby wiedzieć, co definiuje samca i samicę.
Badaliśmy kaczki mandaryńskie po tym, jak Du z Singapuru zapytał nas: „Dlaczego mamy samce i samice?”. Jeśli masz pytanie dotyczące nauki, które chcesz, aby BBC CrowdScience przyjrzało się, skontaktuj się z nami za pośrednictwem poniższego formularza.
Jeśli czytasz tę stronę w aplikacji BBC News, będziesz musiał odwiedzić mobilną wersję strony internetowej BBC, aby przesłać swoje pytanie.
Można by pomyśleć, że cechy płciowe – obecność penisa, gruczołów sutkowych lub kolorowego upierzenia – mogą określać mężczyznę i kobietę, ale jeśli chodzi o płeć, rozmiar jest wszystkim.
Rozród płciowy prawie zawsze odbywa się poprzez połączenie dużej komórki i małej komórki, z których każda zawiera połowę zwykłej informacji genetycznej pochodzącej od dwóch osobników tego samego gatunku.
Mężczyzna jest po prostu osobnikiem, który dostarcza mniejszą z dwóch komórek, podczas gdy samica dostarcza większą. Ale genetyczna kontrola tego, który osobnik dostarcza większych i mniejszych komórek rozrodczych – i odpowiadających im cech płciowych – różni się ogromnie między ssakami, ptakami, gadami, rybami i owadami.
W obu ssakach i ptakach płeć dyktują chromosomy. Ludzie mają 23 pary tych pakietów powiązanego DNA w każdej komórce ciała, a płeć jest określana przez ostatnią parę znaną jako X i Y.
Obecność chromosomu Y u ludzi prowadzi do rozwoju mężczyzny (XY), podczas gdy kobiety mają powtórzony chromosom X (XX).
Męskie cechy płciowe zakodowane na chromosomie Y powodują produkcję testosteronu, który hamuje rozwój piersi i szerszych bioder. Można więc powiedzieć, że samica jest domyślną płcią u ludzi.
Ale aby zrozumieć, dlaczego samice kaczek mogą zacząć powracać do męskiego wyglądu, ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że ich system determinacji płci jest odwrócony w porównaniu ze ssakami.
Chromosomy płciowe u ptaków znane są jako Z i W, a obecność chromosomu W powoduje rozwój samicy (ZW). Bez tego, cechy męskie rozwijają się (ZZ); i tak dla ptaków, mężczyzna jest domyślną płcią.
Męskie kaczki mandarynki rozwijają swoje niesamowite pomarańcze, zielenie i czerwienie, kiedy zaczynają mieć do woo ich żeńskiego partnera każdej jesieni. Tak więc w październiku ubiegłego roku widziałem normalny rozwój mojego własnego samca kaczki mandarynki, ale mając tylko jednego samca, nie spodziewałem się, że jego kolega zacznie rozwijać klasyczne pomarańczowe pióra żagla, które wyróżniają samców.
Męskie cechy są kontrolowane przez ten chromosom Z i „męskie geny”, które posiada. Ale z samicami również posiadającymi chromosom Z, co powstrzymuje ją przed rozwijaniem kolorowego upierzenia samca każdego roku?
Odpowiedź leży w jej jajniku. Prawie wszystkie ptaki rozwijają tylko jeden funkcjonalny jajnik, który pompuje żeńskie hormony, w tym estrogen. U ptactwa wodnego jest to lewy jajnik, który funkcjonuje, podczas gdy prawy jajnik pozostaje maleńką kulką komórek.
Estrogen uwalniany przez funkcjonujący jajnik hamuje geny chromosomu Z, które wyzwoliłyby męskie hormony i męskie cechy. Tak więc estrogen u ptaków jest hormonem seksualizującym.
Oestrogen u ptaków ma podobną, ale przeciwną funkcję do tego, co widzimy z ludzkim testosteronem, który ogranicza produkcję żeńskich hormonów.
Single point failure
Mając tylko jeden jajnik, samice ptaków mają wszystkie swoje jajka w jednym koszyku. I czasami ten jajnik może umrzeć przez infekcję, chorobę lub uraz.
I nie mając żadnego zapasowego, utrata jajnika całkowicie zatrzymuje uwalnianie estrogenu, usuwając hormon, który tłumi męskie geny na chromosomie Z.
Męskie upierzenie rośnie więc na samicy zgodnie ze zmianami pór roku. Ale ja nigdy nie uważałem, że mój ptak będzie zmiana niczego więcej niż upierzenie.
To było do czasu rozmawiałem z ptaka eksperta prof Tim Birkhead.
Była moim wykładowcą na Uniwersytecie w Sheffield, wiedziałem, że to, czego Tim nie wiedział o ptasiej płci, nie zostało jeszcze odkryte.
Tim powiedział mi, że w rzadkich przypadkach, po utracie tłumiących hormonów estrogenowych, nierozwinięty prawy jajnik u kaczki zaczyna się rozwijać w odpowiedzi na męskie geny na chromosomie Z.
To zostało znalezione poprzez dysekcję i różne eksperymenty, aby usunąć jajniki żywych ptaków. Bez ograniczania żeńskich hormonów, komórki prawego bocznego śladowego jajnika maskulinizują się i mogą rozwinąć się w jądro. Wykazano nawet, że sperma ta jest funkcjonalna i może prowadzić do udanego zapłodnienia jaj.
Tragiczny wynik
W jednym wyjątkowym przypadku, konwersja z kobiety na mężczyznę – która zdarzyła się kurczakowi – zapłodniła dwa pisklęta. Tak więc możliwe jest, aby zmiana płci u ptaków z żeńskiej na męską zachodziła całkowicie naturalnie i stały się one w pełni aktywne reprodukcyjnie jako samce.
Ale mając żeńskie chromosomy, czy nie oznacza to, że biologicznie pozostaje samicą?
Pomimo że ptak zmienił płeć fizyczną, genetycznie zachowuje swoje chromosomy Z i W w każdej komórce. Więc chociaż układ chromosomalny wpływa na początkowy rozwój cech płciowych, chromosom W ma niewielki wpływ na płeć ptaka po osiągnięciu dojrzałości. A biorąc pod uwagę definicję biologicznego mężczyzny wymaga jedynie produkcji mniejszej komórki płciowej, ptak może być biologicznie uważany za „mężczyznę”.
Moja para mandarynek pozostała razem po zmianie płci samicy, a „on” nigdy nie próbował sparować z samicą. Ale nigdy nie dowiemy się, czy mogły z tego wyniknąć kaczęta.
Z powodu choroby podstawowej, która powoduje śmierć jajnika, ptaki, które przechodzą tę naturalną zmianę płci rzadko pozostają zdrowe. Moja własna kaczka rozwinęła tajemniczą chorobę i zmarła po około sześciu miesiącach od zmiany upierzenia.
Ale odkryłem coś niesamowitego o ptakach i seksie, więc chociaż jego śmierć była tragiczna, jego istnienie było dowodem na to, że w przyrodzie wszystko jest możliwe.