Home / Approfondimenti / Il declino del cromosoma Y

Sotto il profilo genetico, l’unica differenza tra donne e uomini è che mentre loro hanno due cromosomi X, noi abbiamo un X e un Y, e questo è sufficiente a spiegare l’enorme differenza tra i sessi. Eppure, uno sguardo più attento al destino del cromosoma Y rivela novità importanti.

Docente di Genetica Umana all’Università di Oxford, Bryan Sykes è l’autore del fortunato Le sette figlie di Eva. Le comuni origini genetiche dell'umanità. In Adam’s Curse, sua ultima fatica letteraria, Sykes sostiene che l’intera esistenza umana discende dalla lotta tra i cromosomi X (femminile) e Y (maschile) per favorire la propria riproduzione a spese dell’altro, e conclude che come evidenzia la sempre più diffusa infertilità maschile, il cromosoma Y è un pasticcio genetico e si sta deteriorando così rapidamente che nell’arco di pochi secoli i maschi della nostra specie potrebbero estinguersi.

Mini-glossario della terminologia impiegata in questo articolo

DNA mitocondriale (mtDNA). Anche se la maggior parte del DNA è contenuto nei cromosomi del nucleo, i mitocondri possiedono una piccola quantità di DNA proprio, il DNA mitocondriale o mtDNA. Il DNA mitocondiale è il materiale genetico dei mitocondri, gli organelli che generano energia per le cellule.

Geni e Cromosomi. I geni sono l’unità base dell’ereditarietà. Consistono di un segmento di DNA, disposto in maniera lineare lungo un cromosoma, che codifica per una proteina specifica o per un segmento di proteina che porta a una particolare caratteristica o funzione. Ogni persona possiede due copie di ciascun gene, ereditate ciascuna da un genitore. I cromosomi,  che contengono i geni, sono strutture costituite da DNA presenti nel nucleo di una cellula. Le cellule umane contengono in genere 46 cromosomi identificati come 23 coppie: di queste, 22 sono autosomi, e una è composta dai cromosomi sessuali.

Mutazione. Alterazione strutturale permanente del DNA. Nella maggior parte dei casi, i cambiamenti nel DNA non hanno alcun effetto o sono dannosi, tuttavia occasionalmente una mutazione può migliorare le probabilità di sopravvivenza di un organismo e venire trasmessa alla sua discendenza.

Nella universale divisione in due sessi separati, i ruoli rispettivi sono chiari: il sesso femminile è il custode delle uova, il sesso maschile è il propagatore degli spermatozoi. A partire dallo stesso pool genico dei nostri progenitori e in un tempo relativamente breve, siamo passati dall’essere cacciatori-raccoglitori su scala ridotta a una specie globale e urbanizzata separata dai suoi legami con la natura. Naturalmente, non tutti questi cambiamenti sono di segno negativo, e nessuno vorrebbe seriamente ritornare alla dura vita dei nostri avi, ma non si può negare che la selezione sessuale, che agisce attraverso la ricchezza e il potere, ha molto disturbato l’equilibrio tra i sessi e ha contribuito a creare le strutture sociali patriarcali nelle quali gli uomini conquistano e mantengono il controllo.

Il maggior beneficiario genetico di questo processo è stato il cromosoma Y, o almeno quei cromosomi Y che sono stati capaci di raggiungere ricchezza e potere e di moltiplicarsi oltre ogni aspettativa, aiutati anche dalla regola comune dell’eredità patrilineare nella quale ricchezza, proprietà, titolo e nome sono in genere trasmessi di padre in figlio. Per ironia della sorte, proprio il cromosoma che è assurto a simbolo del potere è intrinsecamente instabile. Lungi dall’essere robusto e vigoroso, il simbolo genetico del machismo si sta degradando a una velocità così allarmante che, almeno per gli umani, l’esperienza è quasi finita. Come molte specie prima di noi hanno perso i loro maschi, anche il maschio umano è a rischio di estinzione.

La selezione sessuale opera perché le donne hanno le uova (ovociti) e gli uomini gli spermatozoi. Un’équipe di scienziati svedesi ha raccolto i risultati di 61 ricerche separate sulla conta degli spermatozoi (condotta su uomini senza una storia di infertilità) tra il 1940 e il 1990, e il declino è davvero drammatico: da 50 milioni/ml del decennio 1940-50 si passa ai meno di 20 milioni/ml del decennio 1981-1990. Il trend, naturalmente, prosegue anche oggi. La concentrazione di spermatozoi nel liquido seminale è un fattore maggiore nell’infertilità maschile del quale nessuno si era veramente occupato fino a quando gli studi raccoglievano solo i dati di uomini che si rivolgevano ai centri per la terapia dell’infertilità. Dal 1992, anno di pubblicazione dello studio, la ricerca si è intensificata per capire le cause di questa preoccupante tendenza. La prima scoperta fatta degli scienziati è che in confronto a quello di altri animali lo sperma umano è davvero in pessime condizioni, anche partendo dalle concentrazioni degli anni ’30 (ca. 30 milioni/ml). Una proporzione variabile tra un terzo e la metà degli spermatozoi della nostra specie è inoltre anatomicamente anormale, e mostra una varietà di forme che gli impediscono di nuotare nella direzione giusta. Quando iniziarono a essere disponibili studi più ampi sull’infertilità maschile emersero delle cause chiare, tra le quali l’effetto della temperatura dei testicoli e l’influenza di alcuni agenti chimici quali ftalati e pesticidi.

Il 19 giugno del 2003 la rivista Nature annunciava la quasi completa sequenziazione del cromosoma Y umano. Come previsto, l’operazione rivelava un paesaggio desolato intasato dai relitti di geni attivi nel passato e ora silenziati dalle mutazioni, ma mostrava anche un elemento del tutto inaspettato. C’erano segni che il cromosoma Y è ancora capace di ricombinazione, ma solo con se stesso [la ricombinazione è il processo naturale di rottura e riunione di segmenti di DNA che produce nuove combinazioni di geni, generando così la variazione genetica].

Tra i relitti del cromosoma Y affiora qualche segno di attività. Si tratta di sequenze di DNA identiche in ogni direzione, come un palindromo [il palindromo è una sequenza di caratteri che letta a rovescio rimane identica, e.g. radar, osso, ossesso]. A differenza degli altri cromosomi nucleari, dove a ogni generazione c’è una possibilità di cambiare partner, nel cromosoma Y ogni gene danza in solitudine con l’immagine speculare di se stesso. Questa particolare forma di ricombinazione è solo il riflesso della liaison sessuale completa che sperimentano i cromosomi normali, perciò non c’è possibilità di nuove combinazioni di geni, non c’è protezione dagli attacchi dei parassiti, e non c’è alcun contatto con il mondo esterno.

Tutte le cellule - maschili e femminili - hanno bisogno dei mitocondri, e anche se i cromosomi nucleari hanno fatto del loro meglio per catturare i geni mitocondriali durante l’evoluzione, alla fine hanno imparato a tollerarsi a vicenda. I mitocondri sono fatti per restare. Il cromosoma Y, invece, è nei pasticci. Mentre il DNA mitocondriale è un modello di efficienza, il cromosoma Y è una rovina genetica. Ci sono più geni nelle 16.000 basi del DNA mitocondriale che nei 4 milioni di basi del cromosoma Y. All’inizio della sua storia l’Y era un cromosoma rispettabile proprio come gli altri, con una collezione di geni che facevano ogni genere di cose utili, ma il suo destino fu deciso nel momento in cui divenne responsabile della scelta del sesso.

Il sesso maschile
Milioni di anni fa, un’improvvisa e casuale mutazione in uno dei cromosomi ancestrali improvvisamente lo rese responsabile della determinazione dello sviluppo del maschio. Ciò non significa che prima di questa mutazione non vi fossero maschi, ma semplicemente che il meccanismo di determinazione del sesso maschile era innescato in un altro modo, ovvero non dal cromosoma Y [lo sviluppo di un embrione di sesso femminile non richiede particolari fattori, mentre perché lo sviluppo di un embrione evolva verso il sesso maschile è necessaria la presenza del cromosoma Y, portatore di un gene dominante specifico].

Nessuno sa quale fu la mutazione, ciò che conta è che non appena il gene diventò responsabile della determinazione del sesso maschile, il destino del cromosoma che lo portava fu segnato. Un cromosoma sessuale “nuovo” non può ricombinarsi, e inizia così il suo declino perché non può riparare il danno inflittogli dalla mutazione. La ricombinazione ha infatti un effetto terapeutico perché consente ai geni danneggiati di essere riparati dai loro compagni sani sul cromosoma non danneggiato prima di intraprendere una via diversa come spermatozoi o uova. I cromosomi che non possono avvantaggiarsi di questo passaggio diventano sempre più malati, e le mutazioni, che per la maggior parte sono inevitabilmente dannose, silenziano un gene dopo l’altro.

Il cromosoma Y è un cimitero di geni marcescenti, i cui cadaveri sono ancora sufficientemente simili alle loro controparti attive sul cromosoma X da essere riconosciuti dalle loro sequenze di DNA, ma i loro resti contengono la prova della distruzione: qui qualche base tagliata da una sezione chiave, là una variazione che trasforma in un nonsense un’istruzione che una volta era vitale. Senza la capacità di riparazione le mutazioni continuano ad accumularsi, e come la faccia della luna è ancora marchiata dai crateri creati da meteoriti caduti in milioni di anni, i cromosomi Y non possono curare le proprie ferite. Y è un cromosoma morente, e un giorno si estinguerà.

Il cromosoma Y è colpito dalle mutazioni molto più di qualunque altro cromosoma perché deve trascorrere tutta la propria vita all’interno delle cellule degli uomini, nei loro testicoli. Le mutazioni sono eventi casuali che hanno luogo quando, durante la divisione delle cellule, il DNA viene copiato; in altri termini, maggiore è il numero delle divisioni cellulari, maggiore è il numero delle mutazioni. Come sappiamo, le cellule dei testicoli non si fermano mai perché ogni giorno producono, anche nella nostra epoca subfertile, milioni di spermatozoi; per fare un esempio, il DNA di un uomo di 60 anni è stato copiato mille volte prima di finire in uno spermatozoo pronto per l’azione. Questa attività frenetica è ben diversa dalla placida tranquillità dell’uovo femminile, che prima di venire rilasciato per la fecondazione subisce solo 24 divisioni cellulari e che indipendentemente dalla sua età biologica è stato copiato solo due dozzine di volte tra una generazione e quella successiva.

Tutte le divisioni della cellula uovo nelle donne terminano all’interno dell’embrione mesi prima che nasca una bambina: la donna conserva gli ovociti e poi, anni dopo, ne rilascia uno solo al mese, dalla pubertà alla menopausa. I nostri geni nucleari, con l’eccezione del cromosoma Y, ci arrivano da una miscela di antenati materni e paterni, ciò significa che in media hanno trascorso metà della loro vita negli avi di sesso maschile, e metà in quelli di sesso femminile – per metà del tempo protetti dalla calma relativa dell’ovaio, per l’altra metà nell’atmosfera da serra dei testicoli.

I nostri mitocondri hanno avuto il passaggio più morbido in assoluto, perché hanno trascorso tutta la loro vita nelle cellule germinali di una lunga successione di donne, e noi sappiamo che con solo 24 divisioni cellulari per generazione c’è poco bisogno di copiare il DNA, tagliando così i rischi di essere colpiti da una mutazione. Nelle ultime 100 generazioni i mitocondri che abbiamo ereditato da nostra madre hanno attraversato solo 2.400 divisioni cellulari potenzialmente pericolose, contro le 500.000 del cromosoma Y. Naturalmente, non basta la divisione cellulare a mettere in pericolo il DNA.

Se si confronta il pacifico ambiente della cellula germinale femminile, dove il DNA può essere trasportato alle generazioni successive protetto dalle mutazioni, con le condizioni ostili delle cellule germinali maschili, è chiaro che i due ambienti non potrebbero essere più diversi. Non solo le cellule germinali maschili devono dividersi giorno e notte per mantenere intatta la produzione di spermatozoi, anche i loro mitocondri sono in fiamme. All’interno degli spermatozoi i mitocondri lavorano alla massima potenza per ricaricare di energia il flagello degli spermatozoi, e più lavorano, più tossine producono, più aumentano i rischi di una mutazione. Le mutazioni che colpiscono geni vitali provocano malattie genetiche, e la ricerca ha evidenziato che queste dannose variazioni sono da 10 a 15 volte più probabili nelle cellule germinali maschili rispetto alle loro controparti femminili. Il cromosoma Y non riposa mai. Non può mai godere la quiete dell’ovocita, ed è confinato per sempre nelle cellule germinali maschili, intrappolato all’interno di generazioni di testicoli. Logorato dalle mutazioni e impossibilitato a ripararsi, non c’è da stupirsi che il cromosoma Y sia in pessima forma. Quanto potrà durare?

Bryan Sykes
Adam’s Curse. A Future Without Men
Corgy Books

Traduzione, riduzione e adattamento a cura di androweb.it