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如果460萬(wàn)年后Y染色體真的消失了,人類(lèi)會(huì)變成孤雌生殖嗎?
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男女比例失衡的論調(diào)一度引起了不少男性的焦慮,在這種大環(huán)境下,高校性別比也成了被調(diào)侃的對(duì)象。
曾有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明男性比女性多了近3000萬(wàn)人,當(dāng)然考慮到兩性不同的適婚年齡以及各種復(fù)雜的因素,這個(gè)數(shù)據(jù)并不能代表最后的光棍人數(shù),但比單身更可怕的是,與男性同胞緊密相關(guān)的Y染色體似乎正在慢慢退化消失。
我們知道人類(lèi)體細(xì)胞中有23對(duì)染色體,其中22對(duì)是常染色體,還有1對(duì)是性染色體,即X染色體與Y染色體,這決定了我們的性別。常染色體的形態(tài)、大小基本相同,而且性質(zhì)也相似,于是兩兩之間可以很好地配對(duì),但是X染色體和Y染色體在形態(tài)和功能上則有很大的區(qū)別。
男性體內(nèi)23對(duì)染色體一般來(lái)說(shuō),女性擁有兩個(gè)完全正常的X染色體,而男性擁有的則是一個(gè)正常的X染色體和一個(gè)萎縮的Y染色體。我們可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為,Y染色體決定了一個(gè)人是否成為男人。
不同于頂天立地的男子形象,人類(lèi)的Y染色體十分短小精悍。而且有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Y染色體已經(jīng)在快速地退化,如果繼續(xù)保持這樣的退化率,Y染色體會(huì)在460萬(wàn)年后完全消失。
這個(gè)時(shí)間聽(tīng)起來(lái)似乎很長(zhǎng),但地球上的生命其實(shí)已經(jīng)存在35億年了。于是我們不得不去思考這樣一個(gè)殘酷的事實(shí):如果Y染色體最后消失了,世界上就沒(méi)有男人了嗎?一切要從Y染色體的功能和起源說(shuō)起。
1902年麥克朗在直翅目昆蟲(chóng)中首次發(fā)現(xiàn)性染色體后,性別決定才和性染色體聯(lián)系了起來(lái)。不過(guò)直到1990年,辛克萊(Sinclair)等人才發(fā)現(xiàn)了Y染色體性別決定區(qū)(SRY)。
這是存在于人體Y染色體短臂末端上的一段基因片段,是決定男性睪丸發(fā)育的主要基因。SRY的蛋白質(zhì)產(chǎn)物會(huì)影響另一個(gè)叫做Sox9的基因表達(dá),進(jìn)而使個(gè)體發(fā)育為男性。2018年研究人員在即將性別分化的小鼠胚胎中,定位和敲除掉Sox9的增強(qiáng)子,使Sox9不表達(dá),結(jié)果顯示XY小鼠永遠(yuǎn)不會(huì)變成雄性,而是維持雌性。
由此可見(jiàn)XY染色體攜帶者之所以能分化成男性,完全仰仗Sox9基因蛋白引導(dǎo)XY染色體攜帶者的睪丸發(fā)育,而SPY可以看作是決定性別遺傳的主開(kāi)關(guān)。
XY染色體攜帶者可能是女性,反過(guò)來(lái)XX染色體攜帶者其實(shí)也有可能成為男性。在減數(shù)分裂過(guò)程中,Y染色體有時(shí)候會(huì)和X染色體發(fā)生互換,如果SRY恰巧身處其中,就有可能導(dǎo)致這種情況。SRY的發(fā)現(xiàn)讓人們了解了X和Y是如何進(jìn)化的,目前普遍認(rèn)為性染色體是由相同的常染色體演變而來(lái)的。Sox3基因原本位于遠(yuǎn)古哺乳動(dòng)物祖先的一對(duì)常染色體上,啟動(dòng)子序列驅(qū)動(dòng)Sox3在精子前體和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達(dá)。
之后一條染色體上的Sox3被一個(gè)驅(qū)動(dòng)未分化性腺(一種可以發(fā)育成卵巢或睪丸的組織)表達(dá)的序列所取代,形成了SRY來(lái)指導(dǎo)睪丸的發(fā)育。隨著時(shí)間的推移,這條染色體上男性發(fā)育不需要的基因被降解,于是產(chǎn)生了Y染色體,而擁有本來(lái) SOX3 的那條染色體,現(xiàn)在成為了X染色體。
相對(duì)于整個(gè)生命的演進(jìn),性染色體其實(shí)仍然比較年輕。X染色體和Y染色體早前一度被認(rèn)為已經(jīng)向不同方向演化了3億年。但對(duì)鴨嘴獸基因組測(cè)序的研究表明,XY性別決定系統(tǒng)可能在大約1.66億年以前才出現(xiàn),是在單孔目動(dòng)物從其他哺乳動(dòng)物中分離出來(lái)開(kāi)始的。目前大部分哺乳動(dòng)物的性別,包括胎盤(pán)類(lèi)和有袋類(lèi),是由XY性別決定系統(tǒng)決定的,但大多數(shù)的變溫脊椎動(dòng)物體內(nèi)并沒(méi)有性染色體。
我們小時(shí)候被告知鱷魚(yú)的性別是由溫度決定的時(shí)候,一定感到十分驚訝,事實(shí)上它們的性別是由外界環(huán)境而不是個(gè)體基因型決定的。當(dāng)然有一些類(lèi)群已經(jīng)分化了性染色體,比如蛇類(lèi)的ZW性別決定系統(tǒng),這和鳥(niǎo)類(lèi)的性別決定類(lèi)似。
作為最低等的哺乳動(dòng)物,看上去既像爬行動(dòng)物又像哺乳動(dòng)物,還像鳥(niǎo)類(lèi)的單孔目自然是是確定XY染色體如何進(jìn)化的理想選擇。
鴨嘴獸與大部分哺乳動(dòng)物不同,鴨嘴獸有10條性染色體,其中雄性鴨嘴獸有5條X和5條Y染色體,而雌性鴨嘴獸有10條X染色體,這十條染色體通過(guò)細(xì)胞分裂時(shí)的9個(gè)擬常染色體區(qū)域連接在一起。
目前研究人員對(duì)鴨嘴獸的10條性染色體的基因內(nèi)容知之甚少,但現(xiàn)有的少數(shù)數(shù)據(jù)非常驚人。研究表明鴨嘴獸的X1染色體與哺乳動(dòng)物X的染色體相似;而X5染色體含有鳥(niǎo)類(lèi)性別決定基因DMRT1。
這意味著哺乳動(dòng)物的X和Y染色體是在1.66億年前單孔目分化后由常染色體對(duì)進(jìn)化而來(lái)的,因此它們比之前認(rèn)為的要年輕1.45億年。這或許不是好事,因?yàn)榇嬖诘臅r(shí)間短了,意味著Y染色體退化的速度比原先估計(jì)得更快了。
最早期的Y染色體和X染色體大小一樣,而且含有所有相同的基因,但不同于常染色體,Y染色體只能作為單一的拷貝,從父親傳遞給兒子,更尷尬的是,Y染色體上的基因不能進(jìn)行基因重組。
X染色體(左)和Y染色體(右)在每一代中發(fā)生的基因重組或許能幫助消除有害的基因突變,但X染色體和Y染色體之間的基因重組對(duì)生命體有害的,它會(huì)導(dǎo)致雄性丟失Y染色體上的必需基因,雌性則多出原本只會(huì)出現(xiàn)在Y染色體上的非必需基因甚至是有害基因。
由于無(wú)法得益于重組,導(dǎo)致Y染色體的基因則會(huì)隨著時(shí)間不斷退化,最終將會(huì)從基因組中消失。有研究表明,在幾億年的進(jìn)化過(guò)程中,X染色體保留了數(shù)百個(gè)基因,與此同時(shí)Y染色體似乎處于“進(jìn)化自由落體”狀態(tài),只剩下七八十個(gè)基因。
這或許不是聳人聽(tīng)聞,在幾種嚙齒動(dòng)物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Y染色體完全消失的實(shí)例,如在鼴形田鼠的鼠類(lèi)不論雄性或雌性的基因型皆為XO,而所有坦氏鼴形田鼠的基因型皆為XX。
鼴形田鼠到目前為止,在其各自基因組中均未發(fā)現(xiàn)胎盤(pán)類(lèi)保守的性別決定因子SRY,而是由第二號(hào)染色體的CBX2基因發(fā)揮了決定雄性性別的作用。
當(dāng)然在人類(lèi)Y染色體是否會(huì)消失的問(wèn)題上,也有“保留派”認(rèn)為,Y染色體的防御機(jī)制能夠?qū)ψ约哼M(jìn)行挽救,有研究表明Y染色體的基因丟失已經(jīng)停滯了0.25億年。
2010年麻省理工學(xué)院的研究人員在完成了對(duì)黑猩猩和人類(lèi)Y染色體的詳細(xì)比較后發(fā)現(xiàn),黑猩猩和人類(lèi)Y染色體上的基因正在快速變化。
該研究的作者之一、麻省理工學(xué)院懷特黑德研究所主管戴維·佩奇(David Page)表示,Y染色體看起來(lái)是“我們基因組中最具進(jìn)化活力的部分”。
他們的研究表明,即使是一小部分基因也能進(jìn)行大量的進(jìn)化,“就好像Y染色體是一個(gè)不斷被改造的房子”。自從黑猩猩和人類(lèi)從一個(gè)共同的祖先進(jìn)化而來(lái)之后的大約600萬(wàn)年里,這種重塑一直在以驚人的速度進(jìn)行。
不過(guò)目前還不清楚這些基因變化到底完成了什么,但在黑猩猩身上,有證據(jù)表明這種改變?cè)黾恿司拥漠a(chǎn)量。
現(xiàn)在再看我們開(kāi)頭提出的問(wèn)題,如果Y染色體消失了,男性也會(huì)隨之消失嗎?答案或許是否定的。
Y染色體確實(shí)很重要,除了SRY,還包含制造正常精子所必需的基因。不過(guò)Y染色體的退化可能導(dǎo)致其他染色體“接管”其原有基因,最終Y染色體完全消失,而新的性別決定系統(tǒng)將會(huì)誕生。
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原標(biāo)題:《如果460萬(wàn)年后Y染色體真的消失了,人類(lèi)會(huì)變成孤雌生殖嗎?》
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