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举个栗子:Y染色体会消亡吗?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-16) 348次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:Y 染色体会消亡吗?

导语:男性特有的 Y染色体正在消亡,从诞生之初的 1438 个基因,到今天只剩 45 个了。未来某一天,人类的世界会不会变成“女儿国”?幸好 Y染色体退化的速度很缓慢,真到那时候,人类有可能已经演化出新的性别决定机制,男人们也会“浴火重生”。

近期,《美国国家科学院院刊》刊登了一项新的研究,证明未来 Y染色体并不会消失,也就是说男人还是会继续存在的,地球并不会变成一个“女儿国”。为什么会要做这样的研究呢?那是因为之前有研究发现,男性特有的 Y 染色体正在消亡:3 亿年前,Y 染色体诞生之初曾含有 1438 个基因。但是演化到今天只剩下 45 个基因。按照这个速度推算,1000 万年之后 Y 染色体将会完全消失。

Y 染色是否真的将会消失?没有了男人的世界将会怎样?

脆弱的 Y 染色体

染色体是基因的载体。人类的细胞中有 23 对染色体。其中包括 22 对常染色体和 1 对性染色体。性染色体包括 X 和 Y 染色体,

决定人类的性别。男性的性染色体为 XY,而女性为 XX。

和勤劳强大的 X 染色体相比,男性特有的 Y 染色体显得懒惰矮小。它不但体积不及 X 染色体的 1/3,而且其中绝大多数 DNA 序列都是没有功能的,参与“工作”的基因甚至不及 X 染色体的 1/10 。

但是,Y 染色体也有自己的核心竞争力,它的存在对人类性别的决定具有重要意义,其王牌就是 SRY基因。SRY 基因,又称睾丸决定因子,是一种在男性性腺中表达的蛋白质。在胚胎的性分化过程中,SRY 基因刺激原始性腺向睾丸方向发育,然后这个最初的睾丸就开始分泌雄激素,主要是睾丸素,刺激男性胚胎整个向男性化的方向发展。如果没有 SRY 这个基因刺激的话,原始性腺就会自然而然地向卵巢方向发育,然后卵巢分泌雌激素,刺激女性胚胎开始发育女性的性征。可以这样说,没有 SRY 基因,世界上就没有男人。 除 Y 染色体外,其他染色体包括 X 染色体,都是成对存在的。成对存在的两条染色体互为“备份”,能清除危害自身基因的变异。在减数细胞分裂时,如果其中一个出现缺陷,就能通过与备份的对照很快纠正错误,并进行修补。然而“脆弱”的 Y 染色体却不与同伴 X 染色体进行对照修错。封闭保守的结果就是自取灭亡。在数百万年的演化中,Y 染色体上的基因不断减少,这几乎成了一种不可逆转的趋势。

生物考古学的创立者之一布赖恩?塞克斯博士是这样阐述自己的理论的:之所以预言 Y 染色体会消失是因为不像其他的染色体,Y 染色体没有机会与别的任何染色体混合,这样它不能利用有性生殖提供的机遇与其他染色体交换 DNA——这是一个可悲的讽刺,因为正是 Y 染色体首先将男性从女性中区分出来。Y 染色体从一个男人传递给另一个男人,他不能通过基因重组修复自身的变异。

更有甚者,Y 染色体因为长时间禁闭在男性种系中,所以会遭受比别的染色体更高的突变几率。为保持精子的不断形成,雄性生殖细胞和它们的 DNA 分裂非常非常频繁。而大多数的突变就发生在 DNA 链条分裂和复制的过程中。因此,Y 染色体从本质上就是不稳定的。根据估计,在大概 5000 代也就是 12.5 万年后,男人的生殖能力将大约只有现在的 1%。现在已经知道,Y 染色体的突变会降低男性的生殖能力。我们已经目睹了男性生殖能力一直以来正在缓慢地下降,最终,男人将不再具有自然生育能力。

无性生殖也挺好

从遗传的观点来说,倘若地球成为了“女儿国”,人类放弃男女交配,而改以无性生殖方式进行繁衍,可能会效率更高。因为在其他条件相同的情况下,一个种群中的一个无性生殖的雌性,其后代要比雌雄交配产生的后代多一倍。

根据棘轮理论和小斧头理论,无性生殖的生物会不断积累有害突变,从而渐渐死于遗传疾病;而根据红色皇后理论,无性生殖的生物由于缺乏基因的多样性,所以极容易感染传染病,从而死于瘟疫。

这样看来,这个世界似乎不能没有男性。

不过咱们还可以这样思考:一对夫妇必需要有两个孩子,才能让整个种群的规模得以维持。男性是不能直接产生后代的,所以假如女性的孩子少于两个,那么整个种群就会缩小。可是,假若人类改为无性生殖,所有人都是女性,那么每个女性只需有一个孩子,整个种群的规模就能维持了。

而且英国伦敦帝国学院进化生物学家贾德森在她的《动物性趣》中讨论的一种“绝对处女”——蛭形轮虫也可以推翻这种结论。蛭形轮虫是完全无性繁殖的复杂动物,而且有着 8500 多万年的漫长进化史。没有人知道为何它们能离开雄性生存这么久,可是假若它们可以,为何人类就不行呢?

早在 6 年以前,牛津大学人类遗传学教授布赖恩塞克斯就在他的著作《亚当的诅咒》中提出,即便地球上没有男性,女性仍可通过“单性繁殖”产生后代。这样的技术是切实可行的,不是科幻小说。

塞克斯教授和纽卡斯尔大学的成员已经掌握了使男性骨髓干细胞转化为“人工精子”的技术,下一步他们将尝试采用女性骨髓干细胞制造“人工精子”。倘若实验成功,大约 35 小时女性就可繁殖她们的下一代。即便如此,女性骨髓干细胞产生的“人工精子”是没有 Y 染色体的,所以“单性繁殖”产生的后代仍为女性。

总而言之,尽管 Y 染色体在不断退化,然而其过程是缓慢的。到了男人灭绝的那个时候,人类有可能已经演化出新的性别决定机制,出现“新男人”。更何况人类绝不会束手就擒,为了延续种群,也会开发出更为先进的生物技术。

也许不会成为现实

上文的一切理论和研究似乎都在为一个没有男人的世界做着准备,咱们先不说如果这项论断成真也是很久以后的事情了,对于是否成真,研究者们也有不同的意见和证据。

《美国国家科学院院刊》刊登了一项新研究,科学家用母鸡 W 染色体这一特定例子,研究了性染色体上的基因是如何世代遗传的,以及它们和生育力的关系等。结果表明这些染色体在过去数百万年里确实收缩不少,失去许多原始基因,但剩余染色体在预测生育力上依然扮演着极其重要的角色。

该研究报告资深作者、伦敦大学学院遗传学、进化与环境系的朱迪斯.曼科教授表示:“Y 染色体不会消失,不会像有些科学家以前认为的那样成为遗传荒地。”母鸡 W 染色体完全类似于男人 Y 染色体,因为它们都是性染色体,雄性和雌性繁殖时不会重组,但这个基因组的其他部分就会重新组合。重组使连锁基因从染色体上分离出来,而连锁基因使选择更有效,有助摆脱缺损突变。

曼科表示:“我们的研究结果表明,男人 Y 染色体和母鸡 W 染色体对生育力至关重要。这是 W 连锁基因进化而来的能力,是它们生存下来的关键。研究表明 Y 染色体和 W 染色体不会消失,会存在很长时间。”

怀海德生物医学研究所研究人员佩奇等人在比较了人和大猩猩的 Y 染色体上所独有的基因后发现,黑猩猩的染色体中有 5 个基因已经退化,而人类染色体中没有这种现象。他们认为在人和黑猩猩走上各自进化道路的这 600 万年中,即使人类 Y 染色体有基因流失也是极少一部分。因此,对于 Y 染色体将在 1000 万年后消失的说法可以不予理会。

澳大利亚国立大学的基因研究员格雷夫斯虽然认为 Y 染色体肯定会消失。但她同时认为,Y 染色体消亡并不意味着男性的消亡。换言之,男性即便失去 Y 染色体和必不可少的 SRY 基因也有可能继续生存下去。例如东欧鼹鼠和日本田鼠等一些啮齿类动物,它们和人类一样是有胎盘的哺乳动物,尽管雄鼠们没有 Y 染色体和 SRY 基因,却依然可以健康地繁衍生殖。

格雷夫斯说:“可能有其他一些基因负担了 SRY 基因的责任。”

不管男人是不是真的没有遥远的未来, 世界是否真的会变成一个“女儿国”,那都将是我们看不见的未来,不过科学家的描绘却让我们有了更多思考和准备的时间。

(整理自中国科普期刊研究会)


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