Un confronto delle caratteristiche morfologiche dei genitali esterni in quattro specie di talpa Scapanus latimanus,Condylura cristata,Parascalops breweri, andUrotrichus talpoides.

I maschi di talpa a piede largo e le talpe maschili e femminili dalla coda pelosa hanno ossa (os pene o clitoride) all’interno dei genitali esterni. Da studi su ratti e topi, la formazione ossea è considerata androgeno-dipendente, almeno in qualche modo. Il pene os deriva da una condensazione mesenchimale che si ossifica nei topi e nei ratti maschi neonatali (Murakami, 1984; Murakami e Mizuno, 1986; Murakami, 1986; 1987; Glucksmann et al., 1976). Sorprendentemente, un pene os e un clitoride os è presente nei topi wild-type maschi e femmine, rispettivamente (Weiss et al., 2012; Glucksmann et al., 1976), così come nei topi XTFM/Y insensibili agli androgeni (Yang et al., 2010; Murakami, 1987). Questo suggerisce che la formazione iniziale del pene os e os clitoride così come la sua ossificazione è androgeno-indipendente. Tuttavia, il pene os dei topi maschi adulti è circa 6,5 volte più lungo del clitoride os (Weiss et al., 2012). Pertanto, la crescita postnatale dell’osso all’interno dei genitali esterni è androgeno-dipendente (Glucksmann e Cherry, 1972; Glucksmann et al., 1976). Infatti, il trattamento neonatale anti-androgeno o la castrazione neonatale inibisce l’aumento delle dimensioni e la calcificazione del pene dell’os, mentre il trattamento neonatale delle femmine con androgeni stimola la crescita del clitoride dell’os in ratti e topi (Glucksmann et al., 1976; Glucksmann e Cherry, 1972). Concludiamo che un prominente pene os o clitoride os è indicativo di azione degli androgeni. Nei maschi in via di sviluppo la fonte di androgeni sono i testicoli, che sono noti per produrre androgeni durante i periodi fetali, neonatali e adulti (Bloch, 1967; Bloch et al., 1971; Feldman e Bloch, 1978).

Un’osservazione chiave è l’assenza di un pene os e di un clitoride os in maschi e femmine dal naso stellato (con ovoteste) e talpe toporagno giapponesi (prive di ovoteste). Dato che i maschi di queste due specie di talpe hanno testicoli funzionanti e sviluppano normali genitali interni maschili, l’assenza di formazione ossea nei genitali esterni di talpe maschili dal naso stellato e giapponesi può essere spiegata dal fallimento della formazione del precursore osseo, che come discusso sopra è un evento indipendente dagli androgeni (almeno nei topi). L’assenza del precursore osseo potrebbe spiegare l’assenza di un pene os e del clitoride os nelle talpe di toporagno dal naso stellato e giapponese, rendendo così irrilevanti gli androgeni (derivati da testicoli o ovotesti) per questa caratteristica. La talpa europea (Talpa europaea) ha un ovotestis e possiede un pene os, ma lo stato di un clitoride os nelle femmine è sconosciuto (Schultz et al., 2016). Lo stato del pene os e del clitoride os in altre specie di talpe europee (Talpa occidentalis e Talpa romana) con ovoteste non è stato riportato (Zurita et al., 2003; Matthews, 1935; Beolchini et al., 2000). Tuttavia, se l’assenza di osso nei genitali esterni delle talpe toporagno giapponesi viene scartata dalla Tabella 2, lo stato di tutte e 4 le caratteristiche dei genitali esterni nelle talpe toporagno giapponesi e dalla coda pelosa è concordante con la presenza/assenza di ovoteste.

La distanza anogenitale è una metrica che aumenta dalla nascita all’età adulta man mano che l’animale cresce di dimensioni. Le differenze sessuali nell’AGD possono essere riconosciute alla nascita in diverse specie, tra cui ratti e topi. Postnatalmente, gli AGD maschili e femminili aumentano, ma mantengono una differenza di sesso per tutta la vita. L’AGD è aumentata in maschi in risposta agli androgeni derivati dai testicoli fetali e neonatali, implicante la sensibilità iniziale della regione perineale agli androgeni (Callegari et al., 1987; Hotchkiss et al., 2007b; Vandenbergh e Huggett, 1995; Godet, 1946; Hotchkiss e Vandenbergh, 2005; Hotchkiss et al., 2007a). Infatti, l’AGD è aumentata nei topi femmine la cui posizione intrauterina è tra due feti maschi, implicando una squisita sensibilità del perineo in via di sviluppo agli androgeni (vom Saal et al., 1990). La sensibilità della regione perineale agli androgeni viene mantenuta nell’età adulta, poiché l’AGD rimane sensibile agli androgeni nei ratti adulti (Mitchell et al., 2015) suggerendo che l’AGD finale è una funzione dell’esposizione degli androgeni dalle fasi prenatali a quelle adulte.

La distanza anogenitale è stata misurata in tre specie di mole ed è stata segnalata anche per la talpa europea (Matthews, 1935). La presenza o l’assenza di ovotestes rispetto all’AGD non è concordante tra le 3 specie di talpa nella Tabella 2. Data l’assenza di ovoteste nelle talpe femminili dai piedi larghi, l’aspettativa era che l’AGD sarebbe stata maggiore nei maschi rispetto alle femmine. Tuttavia, l’AGD nelle talpe a piede largo non era significativamente diversa nei maschi e nelle femmine. Le talpe femminili dai piedi larghi sono esposte agli androgeni durante lo sviluppo tramite una fonte diversa dagli ovotesti materni o fetali, o l’AGD non è un indicatore affidabile dell’azione degli androgeni durante lo sviluppo in questa specie di talpa. Pertanto, per queste 3 specie di mole (Tabella 2) la correlazione tra la presenza o l’assenza di ovotestes e AGD non è coerente.

Il dimorfismo sessuale in lunghezza dell’appendice perineale (prepuzio) è un’altra caratteristica potenzialmente regolata dagli androgeni. Per la lunghezza prepuziale, anche la correlazione tra questo parametro e la presenza o l’assenza di ovoteste è scarsa. Data l’assenza di ovotesti nelle talpe femminili dai piedi larghi, l’aspettativa era che la lunghezza del prepuzio dovesse essere maggiore nei maschi rispetto alle femmine. Tuttavia, la lunghezza del prepuzio non era statisticamente diversa in entrambi i sessi. Al contrario, nelle talpe femminili dal naso stellato, che mancano di ovotesti, l’aspettativa era che la lunghezza del prepuzio dovesse essere uguale nei maschi rispetto alle femmine, ma invece la lunghezza del prepuzio era maggiore nei maschi rispetto alle femmine. Questa mancanza di corrispondenza tra la presenza o l’assenza di ovoteste come potenziale fonte di androgeni e la lunghezza prepuziale solleva la questione se la lunghezza prepuziale sia indipendente dagli androgeni. Questa idea è supportata dai dati delle iene maculate e dall’analisi delle dimensioni dell’appendice perineale (prepuzio) dei topi XTfm/Y come discusso sopra. La lunghezza del prepuzio (come l’AGD) è una metrica che aumenta proporzionalmente man mano che l’animale cresce, e quindi è presumibilmente soggetta alla regolazione della crescita dalla nascita all’età adulta. La crescita sostanziale dell’appendice perineale femminile del topo (prepuzio) alla dimensione adulta non è associata ad altre caratteristiche androgeno-dipendenti quali la conservazione e lo sviluppo dei derivati di Wolffian o della prostata femminile, suggerendo che i livelli dell’androgeno in embrioni/neonati femminili del topo è sub-ottimale per lo sviluppo dei genitali interni maschii, se il modo di esposizione dell’androgeno è via diffusione locale dai testicoli (condotto di Wolffian) o via gli androgeni sistemici. Quindi, dobbiamo intrattenere l’idea che la lunghezza prepuziale nelle talpe femminili possa anche essere indipendente dagli androgeni.

Ratti e topi hanno effettivamente due prepuzi (Blaschko et al., 2013; Sinclair et al., 2016a). L’appendice perineale prominente di ratti e topi è il prepuzio esterno. Il prepuzio delle talpe sembra essere omologato con il prepuzio esterno di ratti e topi nella misura in cui, in tutti e tre i gruppi, questa struttura crea uno spazio voluminoso che ospita il pene. Il prepuzio interno di ratti e topi è un lembo di pelle integrale al pene, una configurazione simile a quella degli esseri umani (Blaschko et al., 2013; Sinclair et al., 2016a). Recentemente abbiamo ipotizzato che il prepuzio esterno sia protettivo per il pene, assicurando la pulizia e proteggendo questo organo sensibile (Sinclair et al., 2016b). Questa disposizione sembra essere appropriata per i mammiferi costruiti bassi al suolo come ratti, topi, talpe e altre specie.

In questo articolo abbiamo stabilito un punteggio tratto maschile basato sulla presenza nei maschi e l’assenza nelle femmine di nove caratteristiche morfologiche (Vedi Fig. 6). Usando questa metrica, le talpe maschili dai piedi larghi e dalla coda pelosa presentano tutte le 9 caratteristiche maschili, mentre le talpe maschili dal naso a stella e giapponesi mostrano 8 delle 9 caratteristiche maschili, manca solo un pene os. Le talpe femminili presentano una gamma di punteggi dei tratti maschili: zero per le talpe toporagno giapponesi femminili (femminilizzazione completa) e vari gradi di mascolinizzazione per le talpe dai piedi larghi femminili (punteggio 3), le talpe dal naso stellato femminili (punteggio 4) e le talpe dalla coda pelosa femminile (punteggio 5). I punteggi dei tratti maschili di 4 e 5 nelle talpe dal naso stellato e dalla coda pelosa e zero nelle talpe toporagno giapponesi femminili correla con la presenza di ovoteste nelle talpe dal naso stellato e dalla coda pelosa e l’assenza di ovoteste nelle talpe toporagno giapponesi femminili. Tuttavia, le talpe femminili dai piedi larghi hanno un punteggio di tratto maschile di 3, ma mancano di ovotesti. L’interpretazione del punteggio del tratto maschile nelle talpe femminili a piedi larghi è duplice: (a) c’è una fonte alternativa di androgeni, o (b) la caratteristica in questione (grande formato prepuzio così come un corpo cavernoso con una tunica albuginea) sono androgeni indipendenti. La possibilità che la lunghezza del prepuzio sia almeno parzialmente indipendente dagli androgeni è stata discussa sopra. Chiaramente, il punteggio del tratto maschile è una metrica complessa che coinvolge molte caratteristiche individuali, che possono differire nella sensibilità agli androgeni e nella loro “finestra di sensibilità della programmazione degli androgeni”.

In sintesi, vi è una mancanza di concordanza tra tutte e 4 le specie di mole tra le quattro caratteristiche morfologiche esaminate e la presenza / assenza di ovoteste. Per ogni caratteristica c’è discordanza in almeno una specie di talpa.

Il dogma della differenziazione sessuale enunciato da Jost è che gli androgeni svolgono un ruolo centrale nello sviluppo maschile. In presenza di androgeni, emerge il modello maschile dei genitali interni ed esterni, mentre in assenza di androgeni si sviluppa il modello femminile (Jost, 1953; 1965). Mentre questa idea è corretta e applicabile allo sviluppo dei genitali esterni degli esseri umani e di molte altre specie, altri meccanismi sono possibili nella misura in cui alcuni aspetti dello sviluppo dei genitali esterni hanno dimostrato di essere androgeni indipendenti. Ad esempio, la iena maculata femminile (Crocuta crocuta) ha un clitoride pendulo del pene di dimensioni simili al pene. Il trattamento delle iene maculate fetali con un cocktail anti-androgeno (flutamide più finasteride) ha effetti minimi sulla formazione e la crescita in lunghezza del pene e del clitoride (Drea et al., 1998; Cunha et al., 2005). Allo stesso modo, la gonadectomia dei cuccioli di iena prepuberale ha un effetto minimo sulla lunghezza del pene e del clitoride adulti (Glickman et al., 1998). Pertanto, la crescita della lunghezza del pene e del clitoride della iena maculata è indipendente dagli androgeni. Anche se le appendici perineali e l’AGD maschili sono leggermente più grandi nei maschi rispetto alle femmine, la considerevole dimensione delle appendici perineali (prepuzio) nei ratti, nei topi e nelle talpe femminili può anche essere indipendente dagli androgeni come discusso sopra. Data la natura incompleta della letteratura endocrina nelle talpe, è difficile dedurre se la dimensione basale del prepuzio femminile sia androgeno-dipendente o androgeno-indipendente, anche se la dimensione prepuziale nei topi adulti femminili sembra essere androgeno-indipendente in base all’esame dei topi mutanti del recettore degli androgeni.

Confrontando le quattro specie di talpe esaminate in questo articolo, il grado di concordanza con gli ovotesti è più alto per le talpe dalla coda pelosa e più basso per le talpe dai piedi larghi. In effetti la talpa dalla coda pelosa è l’unica specie che mostra una completa concordanza con ovotestes anche se le misurazioni AGD non erano possibili (Tabella 2). Concentrandosi sull’osso all’interno dei genitali esterni, è probabile che ci siano eventi in gioco diversi dallo stato degli androgeni. Un “osservazione chiave è l” assenza di un pene os nel maschio a naso stellato e talpe toporagno giapponese così come l ” assenza di un clitoride os in femmina a naso stellato, che hanno ovoteste. Tuttavia, se l’assenza di osso nei genitali esterni delle talpe toporagno giapponesi è dovuta al fallimento della formazione del precursore osseo come discusso sopra, allora l’assenza di un pene os nelle talpe toporagno giapponesi può essere scartata dalla Tabella 2. Di conseguenza, lo stato delle caratteristiche dei genitali esterni nelle talpe di toporagno dalla coda pelosa e giapponese sarebbe concordante con la presenza/assenza di ovotesti.

La lunghezza del prepuzio è la caratteristica con la più grande discordanza con la presenza o l’assenza di ovoteste, aumentando la possibilità che la lunghezza del prepuzio non sia regolata dagli androgeni nelle talpe femminili dai piedi larghi e dal naso a stella come discusso sopra. Non possiamo escludere la possibilità che gli androgeni derivati dagli ovotesti possano regolare la lunghezza del prepuzio nelle talpe dalla coda pelosa, mentre la ridotta lunghezza del prepuzio nelle talpe toporagno giapponesi femminili può essere attribuita ad un’assenza di ovotesti.

Infine, la formazione e la regolazione della crescita dell’appendice perineale della talpa (prepuzio) può essere androgeno-dipendente o androgeno-indipendente e può variare in base alla specie. Il precedente per questa idea è esemplificato nelle ienidi in cui le iene brune, le iene a strisce e gli aardwolf esibiscono dimorfismo sessuale “standard” dei genitali esterni (Wells, 1968; Ewer, 1973), mentre le iene maculate femminili mostrano genitali esterni profondamente mascolinizzati con un clitoride pendulo del pene di dimensioni simili a quelle del pene (Cunha et al., 2014). Pertanto, la regolazione dello sviluppo e della crescita dei genitali esterni (dimensioni e caratteristiche interne) può essere radicalmente diversa tra le specie all’interno dello stesso gruppo filogenetico. Shinohara et al hanno dimostrato che i 12 generi di talpidi che hanno studiato possono essere risolti in 7 cladi (Shinohara et al., 2003). Le talpe dalla coda pelosa (Parascalops breweri) e dai piedi larghi (Scapanus latimanus) risiedono nel clade nordamericano altamente fossoriale. Le talpe dal naso stellato (Condylura cristata) risiedono nel clade nordamericano acquatico/fossoriale, e le talpe toporagni giapponesi (Urotrichus talpoides) risiedono nel clade giapponese semi-fossoriale. Di conseguenza, l’aspettativa è che le specie all’interno dello stesso clade mostrino caratteristiche simili (presenza o assenza di ovotesti, lunghezza del prepuzio, AGD, punteggio osseo e/o tratto maschile), mentre le specie nei cladi divergenti potrebbero mostrare differenze in queste caratteristiche nelle femmine. Di conseguenza, le femmine di talpa dai piedi larghi e dalla coda pelosa (all’interno dello stesso clade) dovrebbero mostrare caratteristiche simili. Questo non è il caso. Le talpe dalla coda pelosa hanno ovoteste, le talpe dai piedi larghi no, e ci sono importanti discrepanze nella lunghezza del prepuzio (elevazione perineale), nella lunghezza del pene/clitoride e nel punteggio del tratto maschile in queste due specie (Tabella 2). È interessante notare che la femmina talpa dalla coda pelosa ha un clitoride os, una punta distale libera del clitoride e un ovotestes, mentre la femmina talpa dai piedi larghi strettamente correlata manca di tutte e 3 le caratteristiche. Forse la perdita degli ovotesti nella femmina talpa dai piedi larghi è legata alla perdita degli altri 2 tratti maschili. Le talpe shrew dalla coda pelosa e giapponesi risiedono in cladi separati e dovrebbero mostrare un più alto grado di divergenza nelle caratteristiche, che è il caso. Le femmine di talpa dai piedi larghi e giapponesi, che risiedono in cladi separati, mancano entrambi di ovotesti e tuttavia mostrano anche un alto grado di divergenza di caratteristiche. Le talpe dal naso stellato e dai piedi larghi, anche in diversi cladi, mostrano un moderato grado di congruenza delle caratteristiche. Pertanto, l’affinità filogenetica è un cattivo predittore per la maggior parte delle caratteristiche all’interno dei genitali esterni della talpa.