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我命由我不由天,是男是女我自己说了算

动物在性别这件事儿上可以说是千奇百怪,总有些奇妙的存在令人大开眼界。比如有的蜗牛雌雄同体,能同时产卵和精子;隆头鱼科中的鱼类最初孵化时是雌性,但随着年龄的增长,会变为雄性(这种现象被称为‘雌性先熟雌雄同体’);还有一些,比如某些蜥蜴,干脆完全放弃了雄性,雌性通过孤雌生殖来繁殖后代,产下受精卵。

但许多生物都像人一样,要么是雄性,要么是雌性,出生之后性别也不会改变。这件事是如此稀松平常,你可能会觉得很没意思,似乎没什么可值得关注的。但事实并非如此。

迄今为止,性别的选择一直认为是由从父母传下来的基因决定的(比如具有X染色体和Y染色体的哺乳动物),或者是受到环境因素的影响(比如温度依赖型性别决定的龟)。但新的研究表明,事实其实更加复杂。

研究发现,未孵化的乌龟宝宝可以控制自己的发育,通过在蛋里移动位置来选择自己的性别

温度影响性别

卵生爬行动物能够通过某种方式影响自己的性别,这一想法长期以来都被认为是不可能的。但今年8月发表于期刊《当代生物学》的一项研究为这一想法提供了清晰有力的证据。

由中国科学院动物研究所杜卫国带领的,包括麦考瑞大学生物学家理查德·希内(Rick Shine)在内的科学家团队,通过在半自然龟巢里孵化草龟Mauremys reevesii)进行了实验。

许多爬行动物的性别在很大程度上依赖于巢的温度,草龟也不例外。这种受到温度影响而决定的性别,被称为温度依赖型性别决定(TSD)。

TSD引发了科学家对许多爬行动物物种生存的担忧。我们都知道,全球变暖日趋严重,这意味着地球的温度一年比一年高。科学家们认为,当温度上升时,通常1:1的性别比例会严重偏离,进而导致这些物种的繁殖率降低,难以维持物种的延续

然而,并非所有证据都能得出这一结论。“对许多TSD物种的祖先谱系重构表明,它们已经存活了数百万年,”希内说道,“其中某些时期比当前气候变化模型预测的温度高得多。”

如此顽强的生命力或许可以用草龟妈妈的一些行为来解释,比如改变产卵时间或改变巢的结构,以避开一年中最热的时间。但一旦卵已经产下,成年的爬行动物便无力再保护孩子们免受温度变化的影响

也就是说,很可能存在什么其他的因素,帮助草龟这样的物种在严酷的温度条件下生存了下来。科学家猜想,可能是草龟胚胎自己影响了自己的性别。为了验证这一点,杜卫国等人便控制了影响草龟卵的条件进行了实验。

男孩喜冷,女孩喜暖

他们发现,当被设定成一定角度的热源加热时,每个蛋会产生明显的热梯度,其中一端会变得更暖,此时胚胎会相应地在蛋里移动。向更暖的一端移动的胚胎最终会发育成雌性,而向更冷的一端移动的则会发育成雄性。

研究人员猜测胚胎是通过被称为离子通道的内置生物传感器检测温度的,在许多动物中,瞬时受体电位离子通道(TRPs)都起到温度传感器的作用。为了检验这一点,他们使用辣椒素受体拮抗剂阻断离子活性,在保证不影响草龟健康的前提下,抑制草龟的体温调节行为。

结果发现,经过处理的胚胎果真没有像未经处理的胚胎一样移动,性别比例很快变得偏斜。在较冷的条件下(2018年5月),几乎所有草龟都是雄性;而在较高的温度下(2017年6月)雌性占据了主导地位

对于杜卫国来说,这项研究还为其早期工作提供了支持。他的团队先前的一项研究表明,草龟胚胎的运动是由蛋内的温度差异引发的,但这一结论受到了该领域其他科学家的质疑。现在,新发现强化了他曾得出的结论。

“胚胎可以影响自身发育这一发现真的非常了不起,”希内说道,这些发现可是动物保护工作中罕见的“好消息”

应对气候变化

 “世界各地的龟都陷入了绝望的困境,它们在亚洲被吃掉,澳大利亚的栖息地正在被河流系统管理所破坏,”希内解释道,“但令人鼓舞的是,在应对气候变化带来的挑战时,这些龟可能比我们期望得更好。”

“我们之前已经证明爬行动物的胚胎可以在它们的卵内移动以进行体温调节,因此很好奇这是否会影响它们的性别决定,”杜卫国说,“我们想知道,这种行为是否有助于缓解全球变暖对这些物种后代性别比带来的影响,以及究竟是如何做到的。”

胚胎体温调节对后代性别比的影响取决于天气、季节和植被覆盖,这些因素决定了到达地面的阳光强度,从而决定了蛋内热梯度的程度。在低纬度地区,植被覆盖在繁殖季节早期对后代性别比例有很大影响;而在高纬度地区,则在繁殖季节后期的影响最大。在没有胚胎体温调节的情况下,该团队的模型预测,全球变暖将导致雌性的比例越来越高

但从整体上而言,后代的性状特征受到许多因素的影响,包括环境非生物条件以及暴露于特定条件的持续时间。此外,物种本身的特性也很重要。例如,草龟胚胎的体温调节行为引起的热变化很轻微,从100%雄性到100%雌性后代转变所需的热变化范围很窄(约2 ℃);而对于阈值较宽的物种,通过胚胎体温调节获得的热变化,对于影响后代性别可能就太微不足道了

此外,还有很多东西还有待观察,特别是要弄清楚胚胎是出于什么原因选择了更喜欢的温度——在多大程度上是为了选择性别,而在多大程度上是出于其他原因。

但可以肯定的是,杜卫国带领的团队得出的数据和分析表明,对于卵生爬行动物而言,卵内的温度调节能力在它们适应环境时发挥着重要作用,可以帮助缓冲气候变化带来的影响

动物如何、何时以及为何发育成雄性或雌性比我们想象的要复杂得多。

参考文献:

1.Gender bending: Baby turtles influence their own sex, MACQUARIE UNIVERSITY, https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/mu-gbb080419.php

2.The Embryos of Turtles Can Influence Their Own Sexual Destinies, Yin-Zi Ye, Liang Ma, Bao-Jun Sun, Yang Wang, Richard Shine, Wei-Guo Du, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.06.038

3.Seebacher, F., and Murray, S.A. (2007). Transient receptor potential ion channels control thermoregulatory behaviour in reptiles. PLoS ONE 2, e281.

4.Du, W.-G., Hu, L.-J., Lu, J.-L., and Zhu, L.-J. (2007). Effects of incubation temperature on embryonic development rate, sex ratio and post-hatching growth in the Chinese three-keeled pond turtle, Chinemys reevesii. Aquaculture 272, 747–753.

5.Ewert, M.A., Jackson, D.R., and Nelson, C.E. (1994). Patterns of temperature-dependent sex determination in turtles. J. Exp. Zool. 270, 3–15.

6.Turtle embryos can choose their own sex, shows new research – but why?, Peter Ellis, https://theconversation.com/turtle-embryos-can-choose-their-own-sex-shows-new-research-but-why-121074

The End

发布于2019-08-26, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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八云Adri

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