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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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雄性大危机

2016-12-01 15:20:28

Y 染色体是一种决定生物个体性别的性染色体,对哺乳纲动物来说,它含有SRY 基因,决定着雄性性状。不过,人类的Y 染色体却在遭遇前所未有的震荡。


雄性大危机

对人类而言,区分个体性别的主角就是性染色体XY。其实,Y 染色体并不是一开始就存在的,而是基因突变的产物。3 亿年前,性染色体X Y 的原始祖先与一般常染色体并无不同,在遗传过程中也都正常地进行着DNA 的复制、染色体的联会及同源基因的重组互换。

不过,就在3 亿年前的某一天,其中一条原始性染色体上一个叫SOX3 的基因却发生突变,变成了名为SRY 的基因,而SRY 基因就是现代Y 染色体上决定男性性别的关键基因。但作为男性特有的染色体,短小且不起眼的Y 染色体却长期被遗传学家忽视,甚至直到2003 年,科学家才发现了Y 染色体保持长久稳定的秘密。然而,这可怜又可爱的Y 染色体,却似乎正在遭受不小的冲击。

尽管在过去200 年里,全球男性平均身高增长了15 厘米左右,然而决定男性性别的Y 染色体长度却在不断缩短。早在1600 多万年前,X Y 染色体还各自拥有1669 个基因,而现在Y 染色体长度却仅为X 染色体的1/3。未来,Y 染色体是否会消失?男性是否会从这个星球上灭绝呢?

 

越来越短的Y染色体

X Y 染色体拥有高度的特异性和特殊的基因。早在1914 年,美国遗传学家赫曼·米勒就指出,性染色体均来自常染色体,因为Y染色体上几乎所有的基因都可以在X 染色体上找到等位基因。而XY 染色体则共同决定了人类以及其他哺乳动物的性别。

以人类为例,当你的父母都给你X 染色体时,后代会表现出女性特征;而当你的父母分别给你Y X 染色体时,则后代会表现出男性特征。不过它们也会出现配对错误的情况,例如当出现XXXXXY 或是XYY 时,这些由性染色体引起的错配不仅会导致性别混乱,而且还会出现严重的疾病。

尽管科学家在1905 年就已发现了Y 染色体,但Y 染色体上的性别决定基因SRY 却直到1990 年才被人们发现,至此科学家才解开了决定哺乳动物包括人类性别的关键基因之谜。

虽然在基因突变之初,Y 染色体与X 染色体一样拥有上千个基因,但随着时间的流逝,Y 染色体上的基因正在不断丢失,现在已不足50 个。研究者发现,SRY 基因一旦缺失,决定男性特征的睾丸就不会再发育。而且除了SRY 基因外,Y 染色体上的其他基因的缺失,也会引起整个哺乳动物群体的生长发育失调。

Y 染色体消失带来的负面影响,就像是在男性或雄性动物群体中引爆了一颗“原子弹”。

大战后的火种

也许,Y 染色体从出生那天起就注定了命运多舛,哪怕它与X 染色体也并非是天作之合,它俩倒更像是一对互不相让的冤家。

简单来说,Y 染色体上对雄性有好处的基因对雌性却常有坏处,而X染色体上对雌性有利的基因却总是企图摧毁雄性的特征。例如,最近科学家发现的一个在X 染色体上的基因DAX,与Y 染色体上的SRY 基因就是一对宿仇。在正常男性细胞中,一个DAX 基因会“礼让”一个SRY 基因,男性特征由此正常显现。但在极少数基因异常的男性细胞中,他们的X染色体上会有两个DAX 基因,这时DAX 基因就会攻打SRY 基因,并将其轻易“碾压”。

在生物体中,战争机器一旦被制造出来,就会马上启动。性染色体之间的斗争有时候简直就是要将对方置之死地而后快,决不姑息。因为雌性有两条X 染色体,雄性有一条X 和一条Y 染色体,所以当雌雄两对染色体相遇时,有3/4 X,只有1/4 Y。如此一来,X 染色体进化出攻击Y染色体能力的可能性,就是Y 染色体进化出攻击X染色体能力的3倍。

Y 染色体上的所有基因都可能受到如潮水般袭来的猛烈攻击,最终只得丢盔弃甲,主动“割肉”——“关闭”或“切除”绝大部分基因。这就是Y 染色体越来越短,越来越“沉默不语”的深层苦衷!

这场旷日持久的战争使Y 染色体无奈萎缩,在遗传性征上表现得活力不足,以至于生物学家都对它们看似必然消亡的命运担忧不已,就连世界上研究Y 染色体的权威专家DavidPage 都曾发出过“拯救男性”的呼喊。

2015 10 24 日,在国际基因组学大会上,来自澳大利亚拉筹伯大学(La Trobe University)的JenniferGraf 表示,Y 染色体可能会在450 万年后彻底消失。这一观点的依据,就是目前Y 染色体正以每百万年减少10 个基因的事实。科学家研究发现,目前已有3 种哺乳动物的Y染色体在进化过程中丢失,人类是否会重蹈它们的覆辙?

 

男性当自爱

据世界卫生组织统计,世界上有10%的夫妇患有不育症,而男性不育占到一半左右。其中,又有30%以上的患者是由于遗传异常引起的,Y 染色体的微缺失正是导致男性不育的主要遗传学因素。但可惜的是,如此珍贵的Y 染色体却得不到男性同胞的足够重视。瑞典乌普萨拉大学(Uppsala University)的研究人员曾发表报告称,决定性别和产生精子至关重要的Y 染色体,常常会从男性烟民的血细胞中消失。由于只有男性才拥有Y 染色体,这一发现可能也解释了为什么吸烟对于男性的致癌风险要比对女性更大。

该研究团队对6000 多名男性的资料进行了分析,最终发现,吸烟男性体内Y 染色体的消失似乎取决于吸烟的数量。也就是说,吸烟越多,丢失的Y 染色体就越多。而一些已经戒烟的男性似乎又重新获得了Y染色体,这说明吸烟导致Y 染色体丢失的过程是可以逆转的。

虽然目前科学家还无法确定血细胞中的Y 染色体消失与罹患癌症之间到底有什么联系,但他们推测,或许血液中的免疫细胞在失去Y 染色体后,对抗癌细胞的能力就会下降。

 

全新的性别决定?

说了这么多,可能许多男性已经觉得有些蒙圈了,不过也有研究能令你们重获信心。来自瑞士生物信息学研究所(Swiss Institute ofBioinformatics)和麻省理工学院(Massachusetts Institute ofTechnology)的研究者发现,在过去很长的一段时间里,Y 染色体还是相对稳定的,并没有像预期那样一直在变短。他们推测,Y 染色体上保留下来的基因需要同X 染色体上的同源基因配对才能发挥作用,因此自然选择保留了这些基因。所以目前的预测模型可能并不准确,“450 万年”这个数据也存在着不确定性。

但如果Y 染色体真的消失了怎么办?对于哺乳动物来说,Y 染色体消失,那就意味着雄性个体乃至整个物种的灭绝。那有没有存在Y 染色体消失,物种继续存活的可能呢?不必担心。其实,土黄鼹形田鼠、坦氏鼹形田鼠、棘鼠,以及日本刺鼠中的奄美刺鼠和冲绳刺鼠就是先例,它们已经完全丢失了Y 染色体(包括SRY 基因),裔鼠属下的一些鼠类甚至将原本在Y 染色体上的部分基因转移到了X 染色体上。更加奇怪的是,棘鼠的第2 号染色体的基因CBX2 已经承担了原来SRY 的功能,开始发挥决定雄性性别的作用。而除啮齿目动物外,黑麂甚至通过融合原有的性染色体和常染色体,演化出了新的X 染色体和Y染色体。

科学家由此推测,如果人类的Y染色体真的消失,且丢失了SRY 基因,那么为了保证人类不因性别失衡而最终灭绝,我们极有可能会进化出新的性别决定系统(就像那些鼠类一样),时间也许就在1400 万年后。倘若真的到了那个时候,会是一个还是几个基因决定人类的性别呢?那么人类,还是人类吗?

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