Sıcaklığa Bağlı Cinsiyet Belirlenmesi Nedir? Sıcaklık, Cinsiyeti Nasıl Belirler?

Sıcaklığa Bağlı Cinsiyet Belirlenmesi (İng: "Temperature-dependent Sex Determination" veya kısaca "TSD"), bir canlının yavrularının embriyo veya larva düzeyinde çevresel olarak deneyimlediği sıcaklık miktarına bağlı olarak cinsiyetinin belirlenmesi durumudur.^[1] Bugüne kadar sadece sürüngenlerde ve teleost balıklarda keşfedilmiştir.^{[2], [3], [4], [5]} Birazdan detaylarını göreceğimiz gibi, sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlenmesi, omurgalı hayvanlarda yaygın olarak görülen kromozomal cinsiyet belirlenmesinden farklı mekanizmalara sahiptir. Aslında sadece sıcaklık değil, ortam yoğunluğu, pH ve hatta çevrenin arka plan rengi gibi özellikler bile cinsiyetleri etkileyebilmektedir; ancak sıcaklık, bu unsurlar arasında cinsiyeti en çok etkilediği bilinen ve en yoğun araştırılmış çevresel etmendir.^[6]

Elbette doğada birçok türde görülen sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlenmesi, omurgalılar içerisinde de bu tür bir mekanizmanın olup olamayacağı, örneğin insanlarda da sıcaklığın cinsiyeti etkileyip etkileyemeyeceği sorusunu gündeme getirmektedir. Bugüne kadar bu yönde hiçbir veri tespit edilememiş olsa da uzmanlar, yeni keşfedilen bir türün veya cinsiyet sistemleri üzerine yeni çalışılmaya başlanan türlerin cinsiyet belirleme mekanizmalarını tespit ederken, sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlenmesinin, genetik yollarla cinsiyet tespiti ile eşit derecede değerlendirilmeye alınması gerektiğini vurgulamaktadırlar.^[7]

Sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlenmesi görülen türlerde çoğu zaman bu etki, döllenmiş yumurta gelişiminin (embriyolojik gelişimin) kabaca 3'e ayrılan evrelerinden ortadakinde hissedilir.^[8] Embriyonun sıcaklığa duyarlı olduğu döneme termosensitif periyot (sıcaklığa duyarlı evre) adı verilir.^[9] Bu süreçte olanlar, özellikle de kaplumbağalarda yapılan çalışmalar sayesinde oldukça net bir şekilde bilinmektedir.

Bu yazımızda, sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlenmesinin mekanizmalarından ve insanlarda bu tür bir etkinin olup olamayacağından söz edeceğiz. Başlamadan önce ufak bir hatırlatma yapmakta fayda görüyoruz: Biyolojik cinsiyet (İng: "sex"), eşeyli üreyen bir canlının üreme fonksiyonlarının belirlenmesini sağlayan bir karakterdir ve bu yazı boyunca cinsiyet sözcüğünü "biyolojik cinsiyet" anlamında kullanacağız (daha kapsamlı bir inceleme için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz).

Hayvanlar Alemi'nde Cinsiyet Belirlenmesi

Birçoğumuzun lise eğitiminden de hatırlayacağı üzere, insanlarda ve insanları kapsayan memeliler sınıfında cinsiyet, X ve Y adı verilen bir kromozom çifti sayesinde belirlenir. Örneğin insanların biyolojik cinsiyeti, büyük ölçüde X ve Y cinsiyet kromozomları ile kontrol edilir. Memeliler, cinsiyet belirleme üzerine evrimleşmiş kromozomlarla sahip olan tek hayvan grubu da değildir. Tıpkı onlar gibi, kuşların ve bazı amfibilerin de Z ve W adı verilen kromozomlar sayesinde cinsiyetlerinin oluştuğu bilinmektedir. Bunlar, kalıtsal özelliklerdir ve bu canlı gruplarında cinsiyetin sperm, yumurtayı dölleyip genetik materyal birbirine karıştığı anda oluştuğunu biliyoruz.

Memelilerde Y kromozomunun varlığı SRY adı verilen bir proteinin sentezlenmesine sebep olur ve bu protein, halihazırda başkalaşmamış olan ilkel cinsel organın erkek üreme sistemini oluşturmasını sağlar. Eğer Y kromozomu genomda mevcut değilse, SRY proteinin eksikliği ilkel cinsel organın dişi üreme sistemini oluşturmasını sağlayacaktır.

Fakat bu saydığımız yapıların hiçbiri, bazı sürüngenlerde görülmemektedir. Bu durumda cinsiyet oluşumundan sorumlu faktörler kalıtsal olmak zorunda mıdır? Timsahlar, kaplumbağalar gibi sürüngenler ve bazı balık türleri üzerinde yapılan çalışmalar gösteriyor ki bu sorunun cevabı, hayır.

Bazı sürüngenlerde cinsiyet, hiçbir kalıtsal faktörün etkisi altında kalmadan, çevrenin etkisiyle belirlenmektedir ve bu canlılarda zigot, oluştuğu anda bir cinsiyete sahip değildir. Yani bu canlılarda cinsiyet, biz insanlarda gözlenen cinsiyetten bir hayli farklı oluşmaktadır: Birçok sürüngen ve balıkta cinsiyet, yumurtadan çıkmadan önce yumurtaların ne kadar sıcak veya soğuk olduğuyla belirlenir.

Plos Biology

Sıcaklığa Bağlı Cinsiyet Belirlenmesinin Keşfi

Hayvanların cinsiyetinin sıcak veya soğuk bir çevreye bağlı olabildiği gerçeği, ilk kez, Senegal'deki Dakar Üniversitesi'nde gökkuşağı agama kertenkelesi üzerinde çalışan Fransız zoolog Madeline Charnier tarafından 1966 yılında ortaya çıkarıldı.^[10] Charnier, daha düşük sıcaklıklarda kuluçkaya yatırılan yumurtalardan dişi yavruların, daha yüksek sıcaklıklarda gelişen yumurtalardan ise erkek yavruların çıktığını buldu.

Bu bulguları yayınlayan Charnier'in çalışması yayınlandığı dönemde kuşkuyla bakılmış olsa da ondan sonra yapılan çalışmalar aslında Charnier'in haklı olduğunu ve cinsiyetin sıcaklıktan etkilendiğini kanıtlıyor. O zamandan beri bilim insanları, sıcaklığa bağlı olarak cinsiyetin belirlendiği birçok örüntü keşfettiler. Örneğin, 2020 yılında Bionatura dergisinde yayımlanan bir araştırmaya göre, Hawaii yeşil deniz kaplumbağalarında işler tam tersidir:^[11] Dişiler, yumurtalar belirli bir sıcaklığın üzerindeyken, erkekler ise belirli bir sıcaklığın altındayken kuluçkaya yatırıldığında oluşmaktadır ve yuvalardaki sıcaklıklar bu uç noktalar arasında gidip gelirse, yavruların bir kısmı erkek bir kısmı dişi olmaktadır. Amerikan timsahlarında ise dişiler aşırı sıcak ve soğukta, erkekler ise ortalama sıcaklıklarda gelişir. Yani farklı hayvanlarda farklı sıcaklıklarda farklı cinsiyetler oluşabilmektedir.^[12]

Wikimedia Commons

Arizona Eyalet Üniversitesi'nde organizma biyoloğu olan Karla Moeller'in söylediğine göre sıcaklık, timsahların tümünde, kaplumbağaların çoğunda, birçok balıkta ve bazı kertenkelelerde cinsiyet belirlenmesini kontrol etmektedir. Sıcaklık (veya soğukluk), bu hayvanların embriyonik gelişimi sırasındaki belirli bir zaman aralığında cinsiyet hormonlarının üretimini etkileyebilir ve bu da, yavruların kaderine yön verebilir.

Moeller, sıcaklığın cinsiyeti belirleyebilmesinin nedenlerinden birinin, erkek cinsiyet hormonlarını dişi cinsiyet hormonlarına dönüştürebilen, aromataz olarak bilinen bir enzim olduğunu söylüyor. Kırmızı kulaklı sürgülü kaplumbağa gibi hayvanların gelişimlerinin belirli bir evresinde sıcaklık, bu enzimin seviyelerini artırarak daha sıklıkla dişi oluşumuna yol açmaktadır.

Charnier'in buluşunun ardından yapılan çalışmalar timsahlarının tamamında, kaplumbağaların çoğunda, birçok balık türünde ve bazı kertenkele türlerinde sıcaklığa bağlı olarak cinsiyet tayin edildiğini ortaya koymuştur. Şaşırtıcı olan ise benzer bir sıcaklık ve cinsiyet ilişkisi bu canlılardan kalıtsal olarak oldukça uzak olan bir başka canlı grubunda, hindilerde tespit edilmiştir. Ancak ardından yapılan çalışmalar hindilerde cinsiyetin, sıcaklığa bağlı olarak tayin edilmediğini fakat sıcaklığın farklı cinsiyetlerdeki ölüm oranlarını değiştirdiğini ortaya koymuştur. Düşük sıcaklıklar dişilerin yumurta içinde ölmesine sebep olurken yüksek sıcaklıklar erkeklerin yumurta içinde ölmesine sebep oluyor ve dolayısıyla sanki cinsiyet sıcaklığa bağlı ortaya çıkıyormuş gibi görünüyordu. Aslında bu örnek bilimin kuşkucu yaklaşımının ne kadar doğru bir yaklaşım olduğunu da gözler önüne sermektedir.

Wikimedia Commons

Sıcaklığa Bağlı Cinsiyet Belirlenmesi Nasıl Evrimleşti?

Avustralya'nın Melbourne kentindeki La Trobe Üniversitesi'nden genetik bilimci Jennifer Graves, konuyla ilişkili çok sayıda teori olmasına rağmen, bu hayvanlarda tam olarak neden sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme oluştuğunun nedeninin belirsizliğini koruduğunu söylüyor. Mexico City'deki Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi'nde biyolog olan Diego Cortez, konuyla ilgili şunları söylüyor:

Bu konudaki en iyi tahminimiz, sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlemenin sürüngenlerde ebeveyn bakımı olmaması ve yumurtaların çevre ile yakın etkileşim içinde olmasıdır. Ek olarak, yüksek kuluçka sıcaklıklarının embriyoların gelişimini hızlandırdığını bilmekteyiz. Bu nedenle, daha yüksek kuluçka sıcaklıklarıyla ilişkili olan cinsiyet, yumurtadan daha erken çıkacaktır.

Cortez, sürüngenlerde yumurtadan çıkmanın genellikle yaşamın yeşerdiği yağmurlu mevsimlerle ilişkili olduğunu, erken doğan yavrunun daha çok besin bulma şansının daha yüksek olacağını belirtiyor. Olgunluğa kadar hayatta kalma hipotezi olarak bilinen bu fikirle ilgili olarak Cortez şöyle diyor:

Daha erken doğan yavru; daha fazla yiyecek bulacak, daha hızlı büyüyecek ve olgunluğa ulaşana kadar hayatta kalma şansı daha yüksek olacak. Herhangi bir nedenle, bir türün olgunlukta daha büyük dişilere veya daha büyük erkeklere sahip olması daha iyi ise, bu cinsiyet, yüksek kuluçka sıcaklıklarıyla bağlılık gösterecektir; bu durumda mevsim boyunca yumurtadan daha erken çıkabilecektir.

Sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlemenin, annelerin yavrularının cinsiyetini kontrol etmelerine olanak tanıması ise bir başka açıklamadır. Bilim insanları, dişi timsahların daha fazla dişi yavruya sahip olmak için daha soğuk yuvaları seçebileceğini ileri sürmektedir. Graves konuyla ilgili olarak şöyle diyor:

Nüfusun düşük olduğu durumlarda dişiler, yuvalarını suya yakın bir yerde seçebilir. Böylece yumurtadan daha fazla dişi çıkar. Buna karşılık, popülasyonlar sabit bir düzeye ulaştığında, dişiler daha sıcak yuvaları tercih edebilir. Böylece daha çok erkek oluşur, daha fazla erkek saldırganlığı ve rekabet doğar.

Graves, bu yöntem sayesinde bir sonraki nesildeki dişilerin, bu rekabet eden erkekler arasından en iyileri seçebileceğini öne sürüyor.

Sıcaklığa Bağlı Cinsiyet Belirlenmesinin Mekanizması

Bahsi geçen sürüngenlerin cinsiyeti, bir dizi cinsel hormonun sentezlenmesiyle oluşmaktadır. Erkek üreme sisteminin oluşmasını sağlayan hormonlara androjen ve dişi üreme sisteminin oluşmasını sağlayan hormonlara ise östrojen adı verilmektedir. Sıcaklığa bağlı olarak cinsiyetin oluşmasını sağlayan mekanizmalardan biri ise androjenlerin östrojenlere dönüşmesinden sorumlu olan aromataz enzimidir.

NCBI

Aromataz enziminin aktifliği, termosensitif periyot adını verdiğimiz ve yukarıda tanımladığımız gibi embriyonun cinsiyetinin belirlendiği dönemde, çevre sıcaklığındaki küçük değişimlerden etkilenecek kadar hassastır. Dolayısıyla sıcaklıkta ortaya çıkan küçük değişiklikler aromataz aktivitesinin artmasına sebep olursa embriyonun vücudundaki androjenlerin hızla östrojenlere dönüştürüldüğünü gözlemleriz. Artan östrojen oranı ise embriyonun dişi üreme sistemini oluşturmasını sağlayacak reaksiyonları tetikler ve dişi yavru oluşumu gözlenir. Aksi durumda ise aromataz enzimi yeterince etkili çalışamadığından yavrunun vücudunda androjenlerin baskın hormon grubu olarak bulunduğunu gözlemleriz ve erkek üreme sisteminin oluşumu tetiklenir.

İnsanlarda da Sıcaklığa Bağlı Cinsiyet Belirlenmesi Olabilir mi?

Sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme özelliğine sahip bilinen tüm türler yumurtlayarak çoğalan türlerdir ve soğukkanlıdır; yani vücut sıcaklıkları çevrelerine göre değişkenlik gösterir. Ancak insanlar, bu özelliklerin ikisine de sahip değildir. Cortez, konuyla ilgili şöyle diyor:

İnsanlarda sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme pek olası değildir; çünkü biri kadın gelişimini tetikleyecek, diğeri erkek gelişimini tetikleyecek en az iki farklı vücut sıcaklığına ihtiyacınız olacaktır. Fakat insan vücudu her zaman 37 santigrat derecede sabittir.

Cortez, yine de, eğer kadınlar bir şekilde farklı vücut sıcaklıklarına maruz kalabilirlerse, insanlarda sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlemesinin bir yolunun mümkün olabileceğini söylüyor. İnsanlarda 24 saatlik ritimleri düzenlemeye yardımcı olan bazı proteinlerin (ki bunlara "biyolojik saat" diyoruz), aynı zamanda sürüngenlerde sıcaklığa bağlı cinsiyet belirleme ile de ilişkisi vardır. CLK kinazları olarak bilinen bu proteinler, vücudun her bölgesinde bulunur ve vücut sıcaklığındaki en ufak dalgalanmalara bile duyarlıdırlar. Cortez, şöyle anlatıyor:

Varsayımsal olarak konuşursak, CLK kinazların sürüngenlerde sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlemede rol oynadıkları bir durumda ve inkübasyon sıcaklıklarında (genellikle 3 ila 7 santigrat) büyük değişiklikler algıladıklarında, sistemin daha küçük sıcaklık değişikliklerini algılayacak şekilde adapte edilebilmesi ve embriyonun cinsiyeti ile bağlantılı olması imkânsız değildir.

Graves, insanlarda sıcaklığa bağlı cinsiyet belirlemesinin var olması için, bir şekilde çıplak köstebek faresi gibi bir değişken sıcaklığa sahip olacak biçimde değişmemiz, yani vücut sıcaklığımızı kontrol edemememiz gerektiğini öne sürüyor. Bir başka olasılığa göreyse, canlı doğum yapmak yerine, bir şekilde ornitorenkler gibi yumurtlamamız gerekir.

Cinsiyeti Kontrol Etmek...

Peki sıcaklık, yavrularımızın cinsiyetine karar verebiliyor olsaydı, insanlık nasıl görünürdü? Graves'e göre bunun en en önemli etkisi, ebeveynler için çocuklarının cinsiyetine karar vermenin çok kolay olmasıdır. Ancak bundan doğan bir risk, toplumlarda cinsiyetler arasında yüksek bir dengesizlik oluşmasdır. Cortez, konuyla alakalı şöyle diyor:

Birçok insan, çocuklarının cinsiyetine karar vermek ister. Ne yazık ki, gezegenin birçok bölgesinde tercih edilen cinsiyet, erkek olacaktır. Dolayısıyla, eğer insanlar hamilelik sürecinde belirli bir hafta boyunca vücut sıcaklıklarını değiştirmek gibi basit bir teknikle yavrularının cinsiyetine karar verebilirlerse, bu durumun erkekleri kayıran çok sayıda toplum yaratacağından eminim.

Bu, insanlar için bir problem olacaktır. Cortez, şöyle ekliyor:

Yetişkin popülasyonlarda belirli bir cinsiyetten fazladan bulunmasının, artan şiddete ve daha fazla cinsel çatışmaya neden olduğunu ve dengesiz bir nüfus yarattığını biliyoruz; çünkü bir cinsiyet için eş bulmak, daha az ebeveyn bakımı görmek gibi durumlar, üstesinden gelmesi basit konular değildir. Yani, başka bir deyişle, daha az uyumlu bir toplum oluşacaktır.

Elbette, hükümetlerin bir cinsiyetin çok fazla tercih edilmemesini sağlamak yönünde müdahalelerde bulunacağı da düşünülebilir. Graves, konuyla ilgili olarak son olarak şöyle diyor:

Böyle bir durumda, yani cinsiyet seçiminin ebeveynlere bırakılmadığında neler yaşanabileceğini tahmin etmeye çalışın. Devletler, ne tür amaçlarla cinsiyetlerin dengesini bir yönde veya diğer yönde bozmaya çalışacaktır dersiniz?

İklim Krizinin Bir Diğer Tehlikesi

Bu mekanizmayı kavramak, aslında bazı canlıların varlıklarının sıcaklığa ne kadar bağlı olduğunu anlamamızı sağlayacaktır. Cinsiyet oranları, sıcaklıktaki küçük değişikliklere bu kadar duyarlı olan canlılar maalesef günümüzde küresel ısınmanın da etkisiyle çok ciddi tehlike altındadırlar.

World Animal Foundation

2019'da Nature dergisinde yayımlanan bir makalede zaten nesli tükenme altında olan birçok kaplumbağa türünün giderek yükselen ve ciddi dalgalanmalar yaşayan sıcaklık değerlerinden etkilendiği ve tükenme tehdidiyle eskisinden daha yakın olduklarını ortaya koymuştur. Bu durum, doğa üzerinde oluşturduğumuz etkilerin çok basit mekanizmalar üzerinden dahi çok ciddi etkiler yaratabileceğine acı bir örnek oluşturmaktadır.