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惊人的性别反转

包括人类在内的一些动物,其性别是由遗传所决定。而另一些动物的性别则受到诸如温度等环境条件的影响。某些物种谱系则似乎在进化过程中从基于遗传的性别决定模式跳转到了基于热量的模式,但一直以来却缺乏实验数据确切地阐明这种转变发生的机制。现在,研究人员实时地看到了产自澳大利亚的鬃狮蜥(Bearded Dragon)的一个性别决定开关。

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根据发表在7月1日《自然》(Nature)杂志上的一项研究,大约五分之一的野外捕获雌性蜥蜴携带着雄性性染色体(ZZ),并且这些动物能够交配,其生成的后代性别由受精卵孵化温度所决定。这些研究结果表明,形成携带雄性染色体的雌性——这种性反转(sex reversal)有可能是种群从基于基因型的性别模式转变为基于热量的性别决定模式的一种机制。


这篇论文的评审、悉尼大学的进化生态学家Rick Shine说:“论文中这一令人惊叹的故事并非是一个实验室人为现象。而是在澳大利亚半荒漠环境中真实发生的事情。在那里到处都有许多遗传上为雄性的雌性蜥蜴。我认为这真是一个惊人结果。”


堪培拉大学应用生态学研究所的Arthur Georges和他的研究小组,以往曾证实鬃狮蜥可经历性反转,当在适当的温度下孵化时携带雄性染色体(ZZ)的受精卵可以变为表型为雌性的鬃狮蜥。但对于自然中是否发生这种现象,以及它是否可以导致种群从遗传性别决定转换为热量性别决定,却并不清楚。


为了阐明这些问题,研究人员收集了来自野外131只鬃狮蜥的血液样本,从形态上确定了它们的性别,然后利用PCR分析了它们的性染色体。Georges和同事们在这些蜥蜴中鉴别出了11只性反转的雌性,尽管它们携带着雄性的ZZ基因型却有着雌性的身体结构。将一些动物带回到实验室后,研究小组发现不仅ZZ雌性可以与ZZ雄性交配,让科学家们大为吃惊的是,它们生成的后代数量是ZW雌性的近2倍。


论文的主要作者、应用生态学研究所博士后Clare Holleley说:“这真实异乎寻常,最好的雌性实际上在遗传上是雄性。这是我们真的没想到会观察到的事物。”


ZZ雄性与ZZ雌性配对交配可以生成雄性和雌性后代:在低温下受精卵会发育为雄性,而在高温下它们会变为性反转的雌性。Shine说:“这篇论文表明确实存在温度战胜性染色体的现象。它可以大规模及快速地改变一个地方种群的性别决定系统。”


这些结果提出了一种可能:鬃狮蜥种群有可能转换为了完全的热量性别决定模式。的确,研究人员发现从2003年到2011年ZZ雌性的比例日益增长,但这一趋势并不明显。“它们表明在自然中发生了这种情况,且发生于多个种群中,有趣的是,长达八年的研究时间内它越来越常见,”爱荷华州立大学进化生物学家Nicole Valenzuela(未参与该研究)说。


如果这一种群正在发生转变,这由此又提出了一个问题:随着气候不断地变化从长远来看这些蜥蜴将受到怎样的影响。一个令人关心的问题就是,性反转雌性的后代有着较低的性反转温度阈值——这一现象有可能导致在温暖的年份雌性过量。杜克大学Blanche Capel说:“这是一种没人预想到的适应。这真的会进化至产生稳定的、无偏倚的性别比率,而使得物种免于灭绝吗?”


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