Il ginandromorfismo: organismi metà maschi e metà femmine

Un organismo ginandromorfo è un organismo che manifesta contemporaneamente caratteristiche maschili in alcune parti del corpo e femminili nelle parti rimanenti. Questo fenomeno, sebbene poco frequente, è stato documentato molte volte in insetti, crostacei, granchi e uccelli. Quando esiste un dimorfismo sessuale pronunciato, ossia gli esemplari maschi hanno forme, colorazioni e dimensioni diverse dagli individui femmine, il ginandromorfismo può diventare un fenomeno molto molto curioso da osservare.

Come avviene a livello cellulare? Un organismo ginandromorfo può riprodursi? I sistemi che determinano il sesso sono sempre gli stessi fra le specie? Alla fine di quest’articolo saprete rispondere a tutte queste domande.

Esemplare di astice americano (Homarus americanus) con ginandromorfismo bilaterale. © https://futurism.com/beautiful-genetics-bilateral-gynandromorphs

Tipi di ginandromorfismo

A seconda della distribuzione delle caratteristiche maschili e femminili nell’individuo, sono stati descritti diversi tipi di ginandromorfismo: distribuzione bilaterale (sinistra/destra), assiale (anteriore/posteriore) e a mosaico (a chiazze). Le immagini che pubblicheremo nell’articolo vi aiuteranno a capire meglio questi concetti.

Ma cosa determina il tipo di ginandromorfismo?

Da quello che ne sappiamo il tipo di ginandromorfismo dipende dal meccanismo di determinazione del sesso della specie e può avere diverse cause. Per capirle meglio dobbiamo fare un breve ma interessantissimo viaggio nei meccanismi di determinazione del sesso nelle varie specie.

A sinistra una femmina di Papilio androgeus, a destra un maschio e al centro un esemplare con ginandromorfismo a mosaico © https://en.wikipedia.org/wiki/Gynandromorphism

La determinazione del sesso

Il sistema XX-XY

Partiamo con ciò che ci è più familiare. Nei mammiferi, in molti insetti, pesci, anfibi e rettili il sesso è determinato dal sistema XX-XY. Sappiamo bene come funziona per noi mammiferi: le cellule maschili e femminili hanno lo stesso numero di cromosomi, ma nelle femmine la coppia di cromosomi sessuali è XX mentre nei maschi è XY. Piccola nota: nell’uomo (e in molti altri organismi) il cromosoma Y non ha la forma di Y, come spesso si crede. In questo tipo di sistema, sarà il maschio a determinare il sesso della prole, venendo definito il sesso eterogametico, perché metà degli spermatozoi che produce avranno un cromosoma X e l’altra metà avranno un cromosoma Y. La femmina è invece il sesso omogametico: tutte le sue cellule uovo avranno il cromosoma X.

Il sistema XX-X0

Nella maggior parte degli aracnidi, nelle libellule, nelle cavallette, negli scarafaggi e in alcune specie di pipistrello il sesso viene determinato da un unico cromosoma sessuale. In questo sistema le femmine hanno corredo cromosomico XX mentre i maschi hanno un solo un cromosoma X (X0 va letto come “ics zero”). I gameti materni quindi contengono sempre un cromosoma X, il sesso della prole dipende dalla presenza/assenza del un cromosoma sessuale nello spermatozoo.

L’aplodiploidia

Negli insetti il sesso non è sempre determinato con i sistemi appena descritti. Negli imenotteri (e.g. le api e le formiche) non ci sono cromosomi sessuali. Il sesso dell’individuo viene determinato, in questo caso, dal fatto che un uovo sia fecondato o meno e che quindi sia diploide o aploide. Questa modalità riproduttiva è chiamata aplodiploidia: le uova non fecondate, e quindi con corredo cromosomico dimezzato (aploidi), genereranno individui maschi mentre le femmine si originano da uova fecondate. Chiaro? Bene.

Perché le cose a quanto pare non sono così semplici. Recenti ricerche hanno dimostrato che l’aplodiploidia, da sola, non è sufficiente a spiegare i meccanismi che determinano il sesso dell’individuo. Sono stati presentati quindi vari modelli in cui, oltre alla ploidia, risultano essere crucialli anche uno o più geni e, in alcuni casi, alcuni componenti citoplasmatici materni.

Esemplare a ginandromorfismo bilaterale di ape carpentiera (Xylocopa ordinaria) con a destra la parte femminile e a sinistra quella maschile. © https://doi.org/10.11606/1807-0205/2018.58.17

Il sistema ZZ-ZW

Questo sistema, presente in lepidotteri, uccelli, serpenti e altri rettili e anfibi, è molto simile al sistema XX-XY, ma a ruoli invertiti. Succede quindi che la femmina è eterogametica (ZW), e decide il sesso della prole, mentre il maschio è omogametico (ZZ). L’unico motivo per cui si utilizzano queste lettere è per evitare di confondersi con il sistema XX-XY. Badate bene che i cromosomi in questione, osservati al microscopio, non assomigliano alle lettere Z e W, meglio specificarlo!

Pollo di razza ISA brown, con il lato destro avente le caratteristiche femminili (ZW) e il lato sinistro quelle maschili (ZZ). © https://www.nature.com/articles/nature08852

Determinazione del sesso genica o ambientale

In alcune piante dioiche, muffe e protozoi si nota la completa assenza di cromosomi sessuali. In questi casi il sesso può essere determinato da dei precisi geni, estremizzando quanto visto poco fa con l’aplodiploidia.

Curiosissima è invece la determinazione ambientale. In numerose specie di rettili, fra cui gli alligatori e le tartarughe, lo sviluppo di individui maschi o femmine all’interno delle uova dipende principalmente dalla temperatura a cui esse sono esposte. Nel caso della Testudo graeca, la testuggine dei nostri giardini, dalle uova che si sviluppano a 23-27 °C nascono solo maschi, mentre da quelle che si sviluppano a 30-33 °C solo femmine. Questo è il cosiddetto pattern 1, diverso dal pattern 2, in cui si ha un sesso per temperature moderate e l’altro sesso per temperature più calde e più fredde.

Sono invece le ore di luce, il fotoperiodo, a influenzare il sesso dei nascituri di alcune specie di Gammarus, crostacei d’acqua dolce: infatti in primavera, quando le ore di luce iniziano ad aumentare, nascono i maschi; mentre le femmine nascono soltanto in autunno.

Esistono in realtà tante altre variazioni di questi sistemi, e molte altre saranno descritte negli anni a venire. Il fenomeno del ginandromorfismo potrebbe aiutare in questo processo, grazie alla sua spettacolarità e alla curiosità di scoprirne le cause.

Esemplare di Heteropteryx dilatata, la parte femminile è quella verde mentre quella maschile è quella più scura. © https://en.wikipedia.org/wiki/Gynandromorphism

Cosa succede negli individui ginandromorfi?

Il ginandromorfismo bilaterale o a mosaico sembra essere determinato da un problema nella separazione dei cromosomi sessuali in una cellula, nelle primissime mitosi del nuovo embrione. Per capirci, la cellula uovo appena fecondata dallo spermatozoo prende il nome di zigote. Lo zigote nelle primissime fasi dello sviluppo va incontro a ripetute divisioni/riproduzioni cellulari, le mitosi appunto, che da una cellula ne danno due, poi quattro, poi otto, poi sedici e così via.

Immaginiamo lo zigote di un individuo con i cromosomi XY. Quando la cellula si sta per duplicare, raddoppia anche il proprio patrimonio genetico per dividerlo fra le due cellule figlie. Avremo quindi una situazione del tipo XXYY. Normalmente, i cromosomi duplicati verrebbero divisi equamente alle due cellule che si formeranno: un XY a una e un XY all’altra. Una mitosi difettosa potrebbe invece causare una separazione asimmetrica dei cromosomi, per esempio X da una parte e XYY dall’altra, generando due cellule figlie diverse, la prima con caratteristiche “femminili” e l’altra con caratteristiche “maschili”. Se la “mitosi problematica” avviene nell’embrione fra gli stadi 8 e 64 cellule si avrà verosimilmente un’asimmetria bilaterale, se avviene successivamente è più probabile che si avrà il mosaicismo.

Può anche succedere che, negli insetti che si riproducono tramite aplodiploidia, più di uno spermatozoo fecondi un ovulo. In questo caso l’ovulo fecondato darà vita a una linea di cellule femminili mentre lo spermatozoo con la sola X darà vita a una linea maschile.

Il ginandromorfismo assiale sembra essere un pochino più complesso degli altri due e il suo studio può aiutare a capirci qualcosa di più sulla determinazione del sesso in alcuni insetti. In una popolazione di Branchinecta lindahli, un piccolo crostaceo, la frequenza osservata di questo fenomeno è di 0.002, mentre in una popolazione di Nasonia vitripennis, una vespa parassitoide, la frequenza era dello 0.0927. È chiaro che la frequenza del fenomeno in alcune specie di insetti sia più alta che se succedesse per caso e questo potrebbe essere collegato a mutazioni nei geni accessori che influenzano il sesso di cui parlavamo prima.

Ginandromorfismo, ermafroditismo, intersessualità

Immagino vi stiate chiedendo se questa situazione non sia un qualcosa di simile all’ermafroditismo. Non proprio, visto che la definizione di quest’ultimo ha come oggetto principalmente gli organi sessuali e riguarda la capacità di produrre gameti maschili e femminili. Come abbiamo visto, nel ginandromorfismo ci sono parti del corpo diverse che mostrano caratteristiche maschili e femminili, non solo i genitali.

Più in generale, visto che l’ermafroditismo è un caso di intersessualità, possiamo dire che il ginandromorfismo non rientra neanche fra gli stati intersessuali, poiché qualora questi siano causati da alterazioni a livello dei cromosomi sessuali, tali alterazioni coinvolgerebbero tutte le cellule del corpo e non metà e metà, o una parte di esse. Classificazioni di questo tipo rimangono comunque una zona grigia, soprattutto per le specie in cui c’è poco dimorfismo sessuale.

Ma questi organismi possono riprodursi?

Rispondere a questa domanda è molto difficile. Una non risposta è: dipende. Va analizzato caso per caso, andrebbero fatte delle autopsie e delle analisi dei tessuti. Le cose cambiano a seconda della specie in questione, del tipo di ginandromorfismo e del sistema di riproduzione. Uno studio sul granchio blu (Callinectes sapidus), con ginandromorfismo bilaterale, riporta che la gonade sul lato maschile era morfologicamente e istologicamente normale, mentre sul lato della femmina, seppure in alcune cellule si verificava la spermatogenesi, comunque avveniva anche l’oogenesi. Il granchio era quindi in grado di copulare sia come maschio che come femmina.

Vista ventrale di un granchio blu ginandromorfo. In evidenza nei disegni la struttura femminile e maschile del telson a il confronto con quella di questo esemplare © https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000780

Conclusione

Se siete arrivati fino in fondo vi meritate una bella pacca sulla spalla, trovo che questo argomento sia davvero affascinante! Sparsi per l’articolo trovate vari link su cui cliccare che riportano ad articoli che ho usato come fonti e su cui potete approfondire la questione. Sperando che la cosa vi abbia incuriositi, restate connessi con noi per altre incredibili curiosità sulla natura e sugli animali, solo su Missione Scienza!

Esemplare di cardinale rosso (Cardinalis cardinalis). La parte destra, di colore giallo, è quella femminile, mentre la sinistra, di colore rosso, è quella maschile © https://whyevolutionistrue.com/

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