右边的动物并非普通的鸡。它的右半边看起来像母鸡,但它的左半边(有更大的肉垂、更大的胸部、更白的颜色和腿上的距)却像公鸡。这只鸟是一种“雌雄同体”,是一种罕见的性别嵌合体。多亏了其中三个奇特的个体,爱丁堡大学的Debiao Zhao 和 Derek McBride 发现了一个关于这些最熟悉的鸟类的惊人秘密——鸡身体里的每一个细胞要么是雄性,要么是雌性。 每个细胞都有自己的性别身份。看来,对鸟类来说,变得雄性或雌性的过程与哺乳动物非常不同。
在哺乳动物中,这是睾丸、卵巢及其产生的激素的问题。胚胎生活在性别不明的状态,直到性器官(性腺)开始发育。这都取决于一个名为SRY 的性别决定基因,它位于 Y 染色体上。如果存在,不确定的性腺就会走向雄性;如果不存在,就会走向雌性。然后,性器官会分泌大量激素,引发身体其他部位的变化。性染色体仅与性腺细胞相关。
但雌雄同体表明,鸟类的情况非常不同。鸟类有 Z 和 W 染色体;雄性是 ZZ,雌性是 ZW。Zhao 和 McBride 使用发光分子来标记这两种染色体,从而表明雌雄同体确实混合了 ZZ 和 ZW 细胞。然而,它们并不是整齐地分开的。它们的整个身体都充斥着这两种细胞的混合物,尽管雄性一半含有更多的 ZZ 细胞,雌性一半含有更多的 ZW 细胞。
尽管这三只鸡既是雄性也是雌性,但其中一只只有一侧有睾丸,第二只只有一侧有卵巢,第三只则有一个奇怪的混合器官,一部分是睾丸,一部分是卵巢。这些畸形的器官向鸟类全身输送着相同的激素“汤”,但显然,每一侧的反应都不同。
Zhao 和 McBride 开始怀疑,每个细胞都有自己独特的性别身份,并且这种独特性从鸡胚胎生命的最初几天就开始存在。他们通过将胚胎性器官的细胞从一个动物移植到另一个动物来证明了这一点。所有移植都产生了一种发光的绿色蛋白质,因此 Zhao 和 McBride 可以追踪它们的位置以及它们的子代的位置。
如果它们被塞到同性细胞群的中间,它们就会整合到发育中的性器官中。但如果它们被放置在异性细胞群中,它们就会被排斥。在哺乳动物(例如,小鼠)中,XX 细胞可以成为睾丸的组成部分,就像 XY 细胞可以成为卵巢的组成部分一样。但鸟类无法被哄骗而改变性别。雄性和雌性细胞即使被流放到新的环境,也会清楚地保留它们的身份。
作为证明规则的例外,Zhao 和 McBride 通过将大量雌性细胞移植到雄性胚胎中,确实成功地创造了一个具有混合“卵睾”性器官的胚胎。雌性细胞能够响应它们新的雄性家园发出的信号,告诉它们产生性组织。但它们根据自己内部的程序做出反应,产生雌性结构并部署雌性特有的酶。
Zhao 和 McBride 认为,从发育的最初几天开始,每个细胞中的分子就开始了一场“战斗”,决定它们的性别身份。根据它们是 ZZ 还是 ZW,细胞会激活一套性别特有的基因。例如,在受精后不到一天的时间里,一个名为 FAF(女性相关因子;英国读者请勿开玩笑)的基因会在整个雌性胚胎中被强烈激活。与此同时,雄性胚胎中一种名为 mir-2954 的 RNA 分子水平是雌性同伴的 10 倍。
在这个早期阶段,这些基因的活性意味着鸟类胚胎已经是雄性或雌性,即使还没有发育出性器官。然后,这些基因会引导生殖器沿着合适的发育路径前进。这些器官会分泌激素,这些激素当然会影响动物的其余部分,但与哺乳动物不同的是,它们并没有真正的权力。它们只是象征性的;没有相当于哺乳动物 SRY 基因的性别决定者下达命令。
类似的机制甚至可能存在于某些哺乳动物中。在袋鼠等有袋动物中,SRY 基因在性器官形成之前就活跃在整个胚胎中,并且一些器官,如乳腺和阴囊,在没有性激素影响的情况下发育。谁知道其他脊椎动物,如鱼类或爬行动物,是否也做类似的事情?
如此看来,像鸡这样熟悉的动物的性别(雄性或雌性)竟然如此复杂,这告诉我们,大自然中还有多少奇迹等待我们去发现。
更新:这张图解释了鸡和哺乳动物系统的区别。“生殖嵴”是性腺发育的胚胎组织。请注意,在哺乳动物中,在 SRY 基因将其转化为卵巢或睾丸之前,它是性别中立的——届时,激素将个体身体(其“表型”)设定为雄性或雌性。在鸡中,身体细胞(“体细胞”)在这一切发生很久之前就已经具有雄性或雌性。生殖嵴发育成卵巢或睾丸(这可能受 DMRT1 基因影响,也可能不受影响),以及之后产生的激素“汤”,实际上并没有改变太多。
参考文献:Zhao, D., McBride, D., Nandi, S., McQueen, H., McGrew, M., Hocking, P., Lewis, P., Sang, H., & Clinton, M. (2010). Somatic sex identity is cell autonomous in the chicken Nature, 464 (7286), 237-242 DOI: 10.1038/nature08852
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