财新传媒

前沿 | 雄性危机:Y染色体正在消失?

2015年12月13日 15:17 来源于 财新网
研究发现Y染色体每百万年减少10个基因,以此类推,不需要500万年,Y染色体就不复存在

  文 | 叶水送  

1
      尽管在过去的两百年时间里,全球男性平均身高增长了15cm左右,然而决定男性性别的Y染色体长度着实在不断缩短,这一阴霾在很多男性的心中挥之不去。早在1600多万年前,X和Y染色体拥有共同的来源,各自拥有1669个基因,而现在Y染色体只剩45个有效基因,60万个碱基对,其长度仅为X染色体的1/3。

  Y染色体未来是否会消失?它的消失是否意味着男性从这个星球上灭绝?

  关心这个问题并不只有男性,女性同样感兴趣,因为一旦男性消失,殃及则是全人类。尽管支持Y染色体消失的观点,已被很多来自脊椎动物的研究所证实,不过这也许有些过虑了,至少我们以及子子孙孙的有生之年,不会见到这令全球男性辗转反侧的艰难时刻。然而从科学角度上来看,Y染色体的确变短了。

  | 越来越短的Y染色体 |

  X与Y染色体有高度特异性,拥有特殊的基因。美国遗传学家、诺贝尔奖得主Hermann Muller在1914年就指出,性染色体均来自常染色体,因为Y染色体上几乎所有的基因都可以在X染色体上找到等位基因。X、Y染色体共同决定了人类以及其他哺乳动物的性别。

  以人为例,当你的父母都给你X染色体时,后代会表现出女性特征,当你的父母分别给你Y和X染色体时,后代则会表现出男性特征。不过它们也会出现配对错误的时候,例如当出现XXX、XXY或是XYY时,这些由性染色体引起的错配不仅导致性别混乱,而且还会出现严重的疾病。除了错配会导致性别混乱外,Y染色体的消失,也有可能会造成男性或雄性动物消失。它带来的负面影响,不亚于在男性或雄性动物群体中引爆一颗原子弹。

  10月24日,在国际基因组学大会上,澳大利亚拉筹伯大学(La Trobe University)分子科学研究所(Institute for Molecular Science)詹妮弗·格拉芙(Jennifer Graves)教授表示,Y染色体450万年后可能会彻底消失。这一观点的依据是根据Y染色体每百万年减少10个基因,以此类推,不需要500万年,Y染色体就不复存在。Graves教授是性染色体研究领域一位炙手可热的科学大家。她不仅研究人类的性染色体,同时也研究其他动物的性染色体。

  正如前文所述,Y染色体原本与X染色体一样拥有上千个基因,但是随着时间流逝,Y染色体越来越特异化,其上面的基因不断丢失,现在不足50个基因。

  不过也有些研究令男性重获信心,实验结果显示,在过去很长的一段时间里,Y染色体相对稳定,并没有预期的那样一直在变短。很有可能的原因是,Y染色体上保留下来的基因需要同X染色体上的同源基因配对才能发挥作用,自然选择保留了这些基因。Y染色体是否会在450万年后消失,目前的预测模型可能并不准确。

  尽管科学家1905年就已发现了Y染色体,但性别决定基因SRY是在85年后,也就是1990年才被发现的,至此研究者才解开决定人类或哺乳动物性别的关键基因之谜。研究者发现,SRY基因一旦缺失,决定男性特征的睾丸就不会发育。

  在鸟类中,这个关键基因为DMRT1,它存在于Z性染色体上,当Z染色体成对出现时,才会表现雄性特征。该基因在鸡胚雌雄性腺中表达量不同,即在雄性性腺中的表达量约是雌性性腺中表达量的2倍。对于鸟类来说,它们也同样面临性别危机,只不过是决定雌性性别的W染色体在不断缩小。

  相比较其他高等脊椎动物的性别决定基因DMRT1来说,SRY基因出现的时间不算长,例如黑猩猩的Y染色体与人类的Y染色体相比只有30%的差异,但SRY基因比DMRT1基因衰退得更快。

  Y染色体丢失了怎么办?事实上,Y染色体上除了决定性别的基因SRY外,其他基因并非毫无作用。根据一项研究发现,Y染色体上有18个基因参与了整个基因组的表达调控,所以Y染色体消失,不仅引起性别的缺失,同样也会引起整个哺乳动物群体生长发育出现问题。

  | 气候变化下的性别危机 |

  澳大利亚的鬃狮蜥,由温度带来的性反转,即雄性转化雌性的比例逐年增大。 

2
  与哺乳动物以及鸟类不同的是,我们这个星球上,还生活着大量的变温动物,它们曾凭借庞大的种群数量以及惊人的身躯统治地球数亿年,不过对温度变化的不适应,成为了它们走向灭绝之路的阿碦琉斯之踵。

  尽管地球上现存的变温动物,仍很好地适应外界不断变化的环境,但是在气候变化的影响下,它们的生存危机日益凸显。这些动物有爬行动物、两栖动物以及鱼类。决定它们性别的不仅仅是遗传因素,环境或者具体来说温度,也会有影响。

  它们并不是严格的性别执行者,在不同温度条件下,它们会呈现出不同的性别特征。在当前全球气候变暖的情况下,极端温度条件会导致这些动物类群性别比例失衡越来越严重,甚至最终导致整个物种的灭亡。

  虽然在漫长的进化过程中,这些变温动物对温度有很好的适应机制,从而避免因极端温度带来的性别比例失衡,但在过去的两百年里,全球平均气温上升0.6-08摄氏度,局部地区温度变化则远超这一水平。如果再加上极端天气影响,气温对物种性别的影响,已不再是实验室模拟的温度条件。大自然已在全球范围悄悄拧开增加培育万物保温箱的温度,这将会持续很长的时间。按照目前的碳排放标准预计,到本世纪末,全球平均气温会上升1℃~4℃。

  来自澳大利亚的一组研究人员对生活在澳大利亚中部地区的一种普通的蜥蜴——鬃狮蜥(Pogona vitticeps)进行研究,发现它们极端温度条件下性别可在一代内发生逆转。

  研究人员把它们放在模拟极端温度的培养箱发现,这一物种在22至32℃的时候,性别比例并没有影响,雌雄比例为1:1,当温度上升至34至37℃的时候,性别比例就会失衡,此时雌性个体数量增多,雄性个体减少,尽管部分鬃狮蜥携带雄性个体的遗传基因,但是在高温环境下,它们会发育成雌性,出现卵巢发育、雄性特征逐渐消失的现象。

  令研究者惊讶的是,性染色体型为ZZ的雄性鬃狮蜥个体,还可与人工诱导的性染色体型为ZZ的雌性个体,不仅在表型上毫无二致,而且它们还可进行交配,繁殖的后代全为雄性,决定雌性的W染色体在一代内就消失殆尽。如果未来极端温度持续,这一物种的W染色体很有可能会消失,由此带来的性别比例失衡,可能会导致这一物种消失或灭绝。

  决定鬃狮蜥雌性性别的W染色体,可在一代内消失殆尽。 

3
  | Y染色体消失了怎么办 |

  对于哺乳动物来说,Y染色体消失,意味着雄性个体,乃至于整个物种的灭绝。有没有Y染色体消失,物种继续存活的案例呢?鼹形田鼠(Ellobius lutescens)以及日本的两种棘鼠 Tokudaia osimensis 和 Tokudaia muenninki就是典型的案例,它们的Y染色体完全消失,但是它们仍有雌雄之别,也许这会让人类重获信心。

  例如棘鼠在进化过程中,Y染色体不经意间丢失了,决定性别的基因也消失了,但这一物种其第二号染色体的基因CBX2发挥了决定雄性性别的作用,所以尽管它们的性染色体型为XO,但是仍能表现出雄性特征来。

  如果人类不会因为性别失衡而招致灭绝的话,那么其他的染色体或基因会进化出来,从而决定人类的性别。或许在Y染色体完全消失,SRY基因丢失之后,这一基因或者几个基因共同决定人类性别。只不过那时候,人类是否还是人类?

  参考文献

  1. Ezaz T. The dragon lizard Pogona vitticeps has ZZ/ZW micro-sex chromosomes. Chromosome Research,2005.

  2. Graves J. Weird animal genomes, sex and the evolution of new sex genes. Biennial Scientific Meeting,2014.

  3. Quinn AE, et al.Temperature Sex Reversal Implies Sex Gene Dosage in a Reptile. Science,2007.

  4. Radder RS. Genetic evidence for co-occurrence of chromosomal and thermal sex-determining systems in a lizard. Biology Letter, 2008.

  5. Graves JAM. Sex Chromosome Specialization and Degeneration in Mammals. Cell, 2006.

  6. 杨仙荣,王美琴,李少华. 人类 Y 染色体的演化. 遗传, 2014.

  《知识分子》是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想

责任编辑:崔筝 | 版面编辑:刘潇
财新传媒版权所有。
如需刊登转载请点击右侧按钮,提交相关信息。经确认即可刊登转载。
推广

财新微信