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如果460萬年後Y染色體真的消失了,人類會變成孤雌生殖嗎?

http://finance.sina.com   2020年09月28日 00:21   北京新浪網

  來源:SME科技故事  

  男女比例失衡的論調一度引起了不少男性的焦慮,在這種大環境下,高校性別比也成了被調侃的對象。每年招生季,理工科大學“一對情侶三對基”的現象總要被拉出來公開處刑。

  曾有統計數據表明男性比女性多了近3000萬人,當然考慮到兩性不同的適婚年齡以及各種複雜的因素,這個數據並不能代表最後的光棍人數,但比單身更可怕的是,與男性同胞緊密相關的Y染色體似乎正在慢慢退化消失。

  我們知道人類體細胞中有23對染色體,其中22對是常染色體,還有1對是性染色體,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、大小基本相同,而且性質也相似,於是兩兩之間可以很好地配對,但是X染色體和Y染色體在形態和功能上則有很大的區別。

男性體內23對染色體男性體內23對染色體

  一般來說,女性擁有兩個完全正常的X染色體,而男性擁有的則是一個正常的X染色體和一個萎縮的Y染色體。我們可以簡單地認爲,Y染色體決定了一個人是否成爲男人。

  不同於頂天立地的男子形象,人類的Y染色體十分短小精悍。而且有科學家發現Y染色體已經在快速地退化,如果繼續保持這樣的退化率,Y染色體會在460萬年後完全消失。

  這個時間聽起來似乎很長,但地球上的生命其實已經存在35億年了。於是我們不得不去思考這樣一個殘酷的事實:如果Y染色體最後消失了,世界上就沒有男人了嗎?一切要從Y染色體的功能和起源說起。

  1902年麥克朗在直翅目昆蟲中首次發現性染色體後,性別決定才和性染色體聯繫了起來。不過直到1990年,辛克萊(Sinclair)等人才發現了Y染色體性別決定區(SRY)。

  這是存在於人體Y染色體短臂末端上的一段基因片段,是決定男性睾丸發育的主要基因。

  SRY的蛋白質產物會影響另一個叫做Sox9的基因表達,進而使個體發育爲男性。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的增強子,使Sox9不表達,結果顯示XY小鼠永遠不會變成雄性,而是維持雌性。

  由此可見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XY染色體攜帶者的睾丸發育,而SPY可以看作是決定性別遺傳的主開關。

  XY染色體攜帶者可能是女性,反過來XX染色體攜帶者其實也有可能成爲男性。在減數分裂過程中,Y染色體有時候會和X染色體發生互換,如果SRY恰巧身處其中,就有可能導致這種情況。

  SRY的發現讓人們瞭解了X和Y是如何進化的,目前普遍認爲性染色體是由相同的常染色體演變而來的。Sox3基因原本位於遠古哺乳動物祖先的一對常染色體上,啓動子序列驅動Sox3在精子前體和中樞神經系統中的表達。

  之後一條染色體上的Sox3被一個驅動未分化性腺(一種可以發育成卵巢或睾丸的組織)表達的序列所取代,形成了SRY來指導睾丸的發育。隨着時間的推移,這條染色體上男性發育不需要的基因被降解,於是產生了Y染色體,而擁有本來 SOX3 的那條染色體,現在成爲了X染色體。

  相對於整個生命的演進,性染色體其實仍然比較年輕。X染色體和Y染色體早前一度被認爲已經向不同方向演化了3億年。但對鴨嘴獸基因組測序的研究表明,XY性別決定系統可能在大約1.66億年以前才出現,是在單孔目動物從其他哺乳動物中分離出來開始的。

  目前大部分哺乳動物的性別,包括胎盤類和有袋類,是由XY性別決定系統決定的,但大多數的變溫脊椎動物體內並沒有性染色體。

  我們小時候被告知鱷魚的性別是由溫度決定的時候,一定感到十分驚訝,事實上它們的性別是由外界環境而不是個體基因型決定的。當然有一些類羣已經分化了性染色體,比如蛇類的ZW性別決定系統,這和鳥類的性別決定類似。

  作爲最低等的哺乳動物,看上去既像爬行動物又像哺乳動物,還像鳥類的單孔目自然是是確定XY染色體如何進化的理想選擇。

鴨嘴獸鴨嘴獸

  與大部分哺乳動物不同,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,這十條染色體通過細胞分裂時的9個擬常染色體區域連接在一起。

  目前研究人員對鴨嘴獸的10條性染色體的基因內容知之甚少,但現有的少數數據非常驚人。研究表明鴨嘴獸的X1染色體與哺乳動物X的染色體相似;而X5染色體含有鳥類性別決定基因DMRT1。

  這意味着哺乳動物的X和Y染色體是在1.66億年前單孔目分化後由常染色體對進化而來的,因此它們比之前認爲的要年輕1.45億年。這或許不是好事,因爲存在的時間短了,意味着Y染色體退化的速度比原先估計得更快了。

  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,但不同於常染色體,Y染色體只能作爲單一的拷貝,從父親傳遞給兒子,更尷尬的是,Y染色體上的基因不能進行基因重組。

X染色體(左)和Y染色體(右)X染色體(左)和Y染色體(右)

  在每一代中發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生命體有害的,它會導致雄性丟失Y染色體上的必需基因,雌性則多出原本只會出現在Y染色體上的非必需基因甚至是有害基因。

  由於無法得益於重組,導致Y染色體的基因則會隨着時間不斷退化,最終將會從基因組中消失。有研究表明,在幾億年的進化過程中,X染色體保留了數百個基因,與此同時Y染色體似乎處於“進化自由落體”狀態,只剩下七八十個基因。

  這或許不是聳人聽聞,在幾種齧齒動物中已經發現Y染色體完全消失的實例,如在鼴形田鼠的鼠類不論雄性或雌性的基因型皆爲XO,而所有坦氏鼴形田鼠的基因型皆爲XX。

鼴形田鼠鼴形田鼠

  到目前爲止,在其各自基因組中均未發現胎盤類保守的性別決定因子SRY,而是由第二號染色體的CBX2基因發揮了決定雄性性別的作用。

  當然在人類Y染色體是否會消失的問題上,也有“保留派”認爲,Y染色體的防禦機制能夠對自己進行挽救,有研究表明Y染色體的基因丟失已經停滯了0.25億年。

  2010年麻省理工學院的研究人員在完成了對黑猩猩和人類Y染色體的詳細比較後發現,黑猩猩和人類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染色體看起來是“我們基因組中最具進化活力的部分”。

  他們的研究表明,即使是一小部分基因也能進行大量的進化,“就好像Y染色體是一個不斷被改造的房子”。自從黑猩猩和人類從一個共同的祖先進化而來之後的大約600萬年裏,這種重塑一直在以驚人的速度進行。

  不過目前還不清楚這些基因變化到底完成了什麼,但在黑猩猩身上,有證據表明這種改變增加了精子的產量。

  現在再看我們開頭提出的問題,如果Y染色體消失了,男性也會隨之消失嗎?答案或許是否定的。

  Y染色體確實很重要,除了SRY,還包含製造正常精子所必需的基因。不過Y染色體的退化可能導致其他染色體“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將會誕生。

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