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自然界中背道而驰决定性别的方式

时间:2022-10-30 16:10:48 热传 我要投稿

著者:黄姤

人类之所以会有男女之分,完全是出于繁衍后代的需求。在动物界当中,无论是哺乳动物、鸟类、昆虫或者植物同样也有雄雌之分,和人类一样这些生物都是通过有性繁殖的方式来生育后代的。

有性繁殖是雄雌两种性别的结合,来自于雌性的卵子与来自雄性的精子结合为一个受精卵,受精卵发育成长成为成体,有性繁殖出的后代都是由受精卵发育而来,那么雄雌任一性别是如何决定的?

不同动物的不同性别决定方式

从古至今,人类对性别这个问题一直没有停止过研究,在可以查证的情况下,《论动物的繁殖》一书是有关性别研究最早的书籍,这本书是由著名的古希腊科学家亚里士多德在公元前335年所著。

图源:网络|图解:亚里士多德|《论动物的繁殖》(公元前335)

亚里士多德在书中发表了自己对动物性别决定方式的观点,他的观点认为——所有动物在与雌性交配时,假如雄性精液的温度相对是高的,那么出生的将会是雄性;假如雄性精液的温度温度相对是低的,那么出生的将会是雌性。

当然,亚里士多德时期的生物学领域知识还很缺乏,人们的认知也是有限的,但是目前也不能推翻亚里士多德的温度决定性别的观点。

举例说明:

科学家证实动物界确实存在由温度决定性别的动物,比如爬行动物中的乌龟、海龟、蜥蜴、鳄鱼等等,它们都有一个共同特点,都是体外卵生。雌性与雄性交配后,雌性将卵产下并埋在沙泥之下,经过一段时间后就会孵化,在卵孵化之前,幼体的性别是由环境的温度所决定的。

在低温的环境下,孵化出来的海龟是雄性的;

在高温的环境下,孵化出来的海龟是雌性的;

这张图显示的就是温度跟性别决定的关系,横坐标中蓝色表示相对较低的温度,红色表示相对较高的温度。例如第一张图是海龟的性别情况,如果在低温环境下,所有海龟蛋孵出来的都是雄性,而高温环境下孵出来的都是雌性。

图源:马丁·洛克利团队|图解:温度与性别的关系

在科学大爆炸的今天,现代生物学有了突飞猛进的科研进展,在性染色体被发现以后,我们对动物以及性别的决定方式有了更进一步的了解。以人类为例:

雌性的性染色体是两条完全相同的X性染色体——XX型;

雄性的性染色体是两条不相同的X和Y性染色体——XY型;

只可以产生一种性染色体的母体卵子与产生两种性染色体的父体精子结合后会有以下两种结果:

与X性染色体的精子结合将会生下女孩;

与Y性染色体的精子结合将会生下男孩;

这是以“XX或XY型”的方式来决定性别的类型,也就是说性别是取决于雄性性染色体的。

图源:PNG素材资源分享|图解:决定男女性别关系图

自然界还存在与哺乳类动物完全相反的性别决定方式,也就是性别是由雌性的性染色体来决定的,这是以“ZZ/ZW型”的方式来决定性别的类型,雌体的性染色体是两条不相同的Z和W性染色体,而雄性是两条相同的Z性染色体。

举例说明:

飞行的鸟类就是以“ZZ/ZW型”的方式来决定性别的。

图源:PNG素材资源分享|图解:决定鸟类性别关系图

昆虫的性别决定方式

自然界中的昆虫种类数量是很多的,根据目前的统计,昆虫的物种数量已经达到了上百万种。而鸟类的物种数量却不到1万。昆虫决定性别的方式既有哺乳动物的“XX/XY型”,也有鸟类的“ZZ/ZW型”,拥有坚硬外壳的甲虫是一种属于鞘翅目的昆虫,决定性别的方式是“XX/XY型”;

举例说明:

经常叮咬我们的蚊子或者停粘在食物上的苍蝇,决定性别的方式是“XX/XY型”;

蝴蝶和蛾子这两种都是属于鳞翅目的昆虫,决定性别的方式是“ZZ/ZW型”;

图源:freepic|图解:左上·伊蚊 / 右上·苍蝇 / 左下·蝴蝶 / 右下·飞蛾

昆虫除了以上的“XX/XY型”和“ZZ/ZW型”两类决定性别的方式之外,还有另外两类非常特殊决定性别的方式,分别是第三种“父本基因组消除型”和第四种“单双倍体性别决定”。

父本基因组消除型

通过“父本基因组消除型”方式决定性别的这类昆虫是没有性染色体的,它们成体的染色体单个n表示是单倍体,而nn表示的是二倍体。这类昆虫的雄性与雌性交配之后,通常产下的受精卵是二倍体的,受精卵将会发育成雌性;一旦雌性在受精的过程中,精子的活跃度不够或者丢失了,这种情况下的受精卵就会是单倍体的。由于其中有效的性染色体主要来自于雌性的基因,因此受精卵将会发育成雄性。

图源:Heath Blackmon究研团队|父本基因组消除型决定性别机制

举例说明:

拥有“父本基因组消除型”这种性别决定方式的物种一般都是小身型的,属于比较低等的昆虫。

图源:freepic|图解:介壳虫 (左) / 图源:picabay|图解:蕈蚊(右)

单双倍体性别决定

这种决定性别的方式与“父本基因组消除型”有高度的相似之处。这类昆虫也是雌性二倍体、雄性单倍体的模式。雌性与雄性交配之后,产下的受精卵将会发育成雌性;但是雌性也可以选择在不交配的情况下,单凭自己就可以产下单倍体卵子,卵子将会直接发育成雄性。

图源:Heath Blackmon究研团队|单双体性别决定机制

举例说明:

“单双倍体性别决定”这类昆虫在日常生活中是很比较常见。例如采集蜂蜜的蜜蜂、遍地可见的蚂蚁,其中还包括了寄生蜂。

图源:全网|图解:印尼蚂蚁举起比自身重数十倍的蜜蜂

寄生蜂的单双倍体性别决定机制

雌性的寄生蜂拥有两条性染色体,雄性的寄生蜂拥有一条性染色体,雌性的寄生蜂在没有交配的情况下会产下具有一条性染色体的卵,这个卵将会直接发育成雄性的寄生蜂;

但是雌性与雄性的寄生蜂在有交配的情况下,一条来自雄性寄生蜂的性染色体与一条来自雌性寄生蜂的性染色体相结合,产下的受精卵将会发育成雌性的寄生蜂;

也就能生出“女儿”。

简单来说,通过“单双倍体性别决定”这种方式决定性别的昆虫,雌性是有“爸爸”的,而雄性是没有“爸爸”的。

单双倍体性别决定机制主要是通过雌雄在有交配和没有交配的情况下产下的后代性别比例来作为研究对象,这样就可以解开单双倍体性别决定方式背后的分子机制之谜。

分子机制主要研究的是雄性的性染色体,在决定性别的过程中到底提供了那些遗传物质以及在基因遗传学中所扮演的角色。

图解:寄生蜂的单双倍体性别决定机制

自然界的“混生魔王”

寄生蜂,这个名字的由来是因为它是一种寄生在其他生物上的蜂,它们会将卵产在寄主生物的体表或者体内,凭借寄主生物的身体完成自己的生命周期。

丽蝇在生活中很容易看到,就是身上带着金属光泽的那种苍蝇。一旦我们在菜市场买来的生肉,假如来不及放冰箱,一段时间之后生肉就会开始发臭了,臭味就会吸引丽蝇的到来,在享用臭生肉的同时丽蝇会在食物上产下卵,卵孵化之后就变成幼虫,再经幼虫变成蛹。

这个蛹为寄生蜂的卵提供了一个安逸的生活场所,满足了寄生蜂一切的生活所需。

图源:robertm|图解:蝇蛹金小蜂将自己的卵产在丽蝇的蛹中

除了把卵产在蛹上的蝇蛹金小蜂,自然界还存在各种各样的寄生蜂:

把卵产在蚜虫身上的烟蚜茧蜂;

把卵产在夜蛾幼虫上的中茧蜂;

把卵产在粉蚧中的跳小蜂,这是一种性别决定方式为“父本基因组消除型”的寄生蜂。

寄居在榕树果实中的垂叶榕金小蜂,这种寄生蜂没有翅膀的是雄性,带有翅膀的则是雌性。

图源:全网|图解:烟蚜茧蜂寄生蚜虫(左上)

图源:全网|图解:中茧蜂寄生夜蛾幼虫(右上)

图源:全网|图解:跳小蜂寄生粉蚧(左下)

图源:全网|图解:垂叶榕金小蜂寄生榕果(右下)

由于寄生蜂都有寄生这一特性,如果它们寄生的寄主是对农业、畜牧业有害的虫子,那么虫子数量的减少对农作物和畜牧业是十分有利的。比如

斜纹夜蛾是一种对农业有害的害虫,会影响农作物的收成。

丽蝇会将自己的卵产在马牛羊的伤口上,孵化后的丽蝇幼虫会啃食它们的伤口,有可能会造成伤口感染生病,病情严重的甚至有可能会丧生。利用蝇蛹金小蜂将卵产在丽蝇蛹里的特点,可以有效地减少丽蝇的数量,这样一来马牛羊就可以健康地成长。

蝇蛹金小蜂的性别决定机制

蝇蛹金小蜂具有“单双倍体性别决定”的特性,这是由雄性决定受精卵胚胎发育成雌性的发育机制,雄性性染色体上含有一个决定为雌性性别的基因,恰恰是这个基因能够决定性地让受精卵生长发育成为雌性蝇蛹金小蜂的关键钥匙。

图解:蝇蛹金小蜂的性别决定机制

黄姤结语·决定性别新机制

通过现代的科技手段是能够实现只产下雌性的寄生蜂,这样做的目的就是为了达到以蜂治虫的效果。

昆虫当中有“XX/XY型”、“ZZ/ZW型”、“父本基因组消除型”以及“单双倍体性别决定”四种性别决定类型,对于昆虫为什么会有如此多元化的类型,目前生物学领域的科学家还没有一个统一的意见。

有一些科学家猜测是昆虫本身遗传物质的不稳定导致的;有一些科学家猜测昆虫本身就存在遗传物质的冲突;还有一些科学家猜测这是昆虫遗传物质的特异性;也许每一种猜测都是昆虫产生决定性别新机制的可能。

从我个人的角度来看,无论昆虫拥有哪种机制,它的目的肯定是出于对环境的一种适应,这样才能够让自己所属的物种变得更加多样性,更加适应大自然,更加容易生存,更加有利于后代的繁衍。

从进化的角度来看,是什么力量在背后推动决定性别新机制的产生,这就需要科学家在相关领域做出更多的研究了。

图源:网络|图解:雌雄嵌体的昆虫中,最著名的就是“阴阳蝶”了——左边翅是雄性,右边翅是雌性