(文/Ed Yong)每一个当母亲的都视孩子为掌上明珠,谁也不希望自己的孩子受到任何伤害。不幸的是,有时候母亲往往没有选择的余地,尤其涉及到遗传这话儿。从遗传学来看,“母亲的诅咒”更有可能传递给儿子,而不是女儿。
这是一个古老的诅咒,来自数亿年前。那时候,所有的生命形态都是单细胞结构,偶尔会发生一个细胞吞噬另一个细胞的情况。一般来看,被吞噬的细胞会被消化掉,如若没有,这两个细胞则会形成共同体。之后被吞噬的细胞会将某些基因转移给宿主,自己只留下与能量供给相关的基因。这个细胞便是后来我们所熟知的线粒体。它像一个高效的迷你电池一样为宿主充电,促使宿主细胞向更复杂的方向进化。这个共同体是地球上一切复杂生物的基础,所有动物、植物、真菌及藻类都需要线粒体提供的能量。
这也就是说所有的动物其实都有两个基因组,一个存在于细胞核中,另一个次要的则存在于线粒体中。这两组基因共同起作用,每一组都能控制另一组的活性。但是它们以不同的遗传方式传递。核基因组来自双亲,而线粒体基因组只源于母亲。这种不对称性即是“母亲的诅咒”产生的原因。
雌性动物的线粒体基因组可以传递到下一代,而雄性动物的线粒体基因组就到了进化的终端,不能向下传递。如果后代是雌性,这些基因还是会遵守自然选择规律,而如果后代是雄性,它们便隐藏了起来。若说这些基因在雄性和雌性体内起相同作用,影响则不会有多严重,但事实并非如此,有些基因对一种性别是有益的,而对另一种性别则有害。如果它对雌性有害,那么它会被淘汰掉,毕竟雌性是它们传到下一代的唯一门路。但若它会损害雄性,那其实也无妨,反正雄性不会再将其遗传下去。
然而,随着时间流逝,线粒体基因组累积起来的效果最终会对雄性后代造成损害。这一现象有很多名字——“选择性筛”、“男性突变载荷”及“母亲的诅咒”。目前,来自乌普萨拉大学的保罗•依诺森蒂(Paolo Innocenti)和来自莫纳什大学的戴米恩•道林(Damian Dowling)发现了关于这一现象的真实例证,其结果符合进化论的预测。
依诺森蒂和道林从澳大利亚、贝宁、美国、印度和日本分别收集了果蝇,然后创造出了五个果蝇品系,这五个品系只在线粒体基因组上有差别,而核基因组完全相同。这些果蝇经过灭菌后,在同样的环境下进行培养。
线粒体基因组可以通过控制某些基因开启或关闭来影响核基因组,若“母亲的诅咒”成立,那么其对雄性后代的影响要大得多。事实上的确如此。不同品系的果蝇进行交配会导致线粒体基因组对换,而这一结果只对雌性后代7个基因的活性产生了影响,对于雄性后代,这个数字是1,172(大概是基因总数的10%)。其中包括了那些影响健康和生育能力的基因。绝大多数情况下,基因活性的改变都会带来一定的负面影响。
基于线粒体遗传,雄性果蝇生来就背负着沉重的负担。例如某个果蝇品系的雄性后代的线粒体基因组若来自美国的果蝇,那么它们是完全不能生育的;但若是带有属于自己品系的正常基因组,则可育。其他科学家也发现人类、野兔及其他物种的线粒体基因在雄性精子质量和生育能力方面发挥着重要的作用。
但雄性也不会放任“母亲的诅咒”。如果雄性开始变得虚弱、不能繁育后代,那么这对核基因组来说也不是件好事。因此,核基因组会进化出能够抵消“母亲的诅咒”的方法,这也许只能依赖从父亲那儿得到的基因——Y染色体中的部分基因。
Y染色体和线粒体基因组一样,也是很微小的,但却有着不凡的作用,它可调控其他基因的活性。事实上,Y染色体上的基因会对线粒体基因组产生很大的影响。很有可能这些基因在抵制着“母亲的诅咒”。但我们对这一问题的了解才刚刚开始。
博主介绍: Ed Yong,著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班,晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用,包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。