雄彩虹飛蜥
雌彩虹飛蜥
對于某些爬行動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)和兩棲動(dòng)物來(lái)說(shuō),環(huán)境溫度往往能決定性地影響其胚胎的性別發(fā)育。1966年,塞內加爾達喀爾大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家馬德琳·夏尼爾(Madeline Charnier)首次發(fā)現溫度這一環(huán)境因素對彩虹飛蜥(Agama agama ,生活在非洲中部及西部)性別發(fā)育的影響:當溫度超過(guò)30攝氏度,胚胎則多發(fā)育為雌性個(gè)體。
這一發(fā)現揭示了溫度對性別的影響某些時(shí)候可以超越性染色體,某些動(dòng)物的雌性有兩種發(fā)育方式。
自那以來(lái),科學(xué)家發(fā)現眾多爬行類(lèi)、魚(yú)類(lèi)及兩棲類(lèi)動(dòng)物的性別都存在這個(gè)現象,但關(guān)于溫度決定胚胎性別的機制,一直未有揭示。直到最近,這類(lèi)研究有了一些進(jìn)展。
初步揭示“性別反轉”現象的分子機制
蜥蜴的性染色體為ZZ或ZW(雄性有兩個(gè)相同的染色體——ZZ,雌性有兩個(gè)不同的染色體——ZW;這與人類(lèi)相反)。通常而言,ZZ染色體胚胎發(fā)育為雄性;ZW染色體胚胎發(fā)育為雌性。
但當胚胎發(fā)育時(shí)足夠溫熱,本應該發(fā)育為雄性的ZZ胚胎就會(huì )受到影響,進(jìn)而發(fā)育成了雌性。
來(lái)自澳大利亞堪培拉大學(xué)應用生態(tài)研究所的生物學(xué)家莎拉·懷特利(Sarah Whiteley)和亞瑟·喬治(Arthur Georges)等人對此進(jìn)行了研究。
他們將一組鬃獅蜥置于28攝氏度的環(huán)境下孵化,另一組的環(huán)境溫度則為36攝氏度。接著(zhù),他們從兩組發(fā)育中的胚胎內提取遺傳信息進(jìn)行分析,并據此判斷哪些基因分別確定了ZW型雌性或ZZ反轉型雌性。
當溫度為36攝氏度,研究人員發(fā)現,與ZZ雌性相比,胚胎在性發(fā)育階段,ZW雌性胚胎具有顯著(zhù)不同的活性基因。這意味著(zhù),有兩組不同的基因控制著(zhù)鬃獅蜥的雌性性別。
在ZZ雌性中,傾向激活雄性發(fā)育的基因被強制關(guān)閉,而雌性發(fā)育的基因被開(kāi)啟。研究人員將這個(gè)現象稱(chēng)之為雄性胚胎發(fā)生“ZZ反轉”(ZZ reversed)。
該研究首次繪制出鬃獅蜥(bearded dragon,一種原產(chǎn)于澳大利亞的蜥蜴)的溫度決定性別的遺傳過(guò)程,揭示了驅動(dòng)雌性鬃獅蜥發(fā)育的兩種途徑:一種是純遺傳性的,另一種則是溫度依賴(lài)性的。該研究于2021年4月15日發(fā)表于PLoS Genetics。
一只鬃獅蜥闖入鏡頭:安能辨我是雌雄
溫度改變性別的進(jìn)化機制有待厘清
當然,我們可能更關(guān)心的問(wèn)題是,為什么溫度依賴(lài)性的性別發(fā)育途徑會(huì )出現在動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程中?
從海龜到鱷魚(yú),眾多爬行動(dòng)物(爬行動(dòng)物經(jīng)歷了許多進(jìn)化過(guò)渡)都保留了響應環(huán)境刺激而改變性別的能力,這意味著(zhù)溫度依賴(lài)性發(fā)育途徑形成于爬行類(lèi)的進(jìn)化早期階段,并且賦予它們生存優(yōu)勢,進(jìn)而被保留至今——如果這種古老的溫度響應機制沒(méi)有充分的存在理由,顯然它們會(huì )在某個(gè)進(jìn)化時(shí)刻被拋棄。
在研究人員看來(lái),此機制可能幫助像鬃獅蜥這樣的生物適應不同環(huán)境條件,最大化生存概率。實(shí)際上,類(lèi)似蜥蜴的動(dòng)物隨環(huán)境溫度變化而改變性別的進(jìn)化機制還有待進(jìn)一步研究。
面對氣溫變化,鬃獅蜥似乎可以通過(guò)適當的性別選擇規避繁殖風(fēng)險。但目前的地球氣候變暖速度對于動(dòng)物來(lái)說(shuō)是否太快了?從長(cháng)遠來(lái)看,這些蜥蜴將受到怎樣的影響?
加州大學(xué)伯克利分校的生物學(xué)教授泰隆·海斯(Tyrone Hayes)表示,像鬃獅蜥這種特別容易被環(huán)境壓力左右的動(dòng)物,可能因氣候及棲息地問(wèn)題而發(fā)生性別比例失衡、數量銳減,甚至種群滅絕的情況。
In a Warming World, Heat Interferes With Sex Determination in These Australian
Heat overrides genes to make bearded dragon embryos change sex
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