对红耳龟来说，“生男生女”并不完全是“听天由命”的事儿。
撰文 | 刘小鸥
编辑 | 弛木
万物蓬勃的春夏之交，一只雌性红耳龟（Trachemys scripta elegans）一刻不停地忙碌着。它小心翼翼地用后肢在潮湿的泥土里刨出一个坑。它已经为肚子里的卵物色好了这块宝地，还需要尽快为这些卵建好安身之巢。
一番忙碌后，为尚未出世的宝宝准备的巢穴已经成型。随后，雌龟安心地在巢中产下卵，静静等待两三个月后，新孵化的小龟从巢中钻出。
（图源：Nephets / CC BY-SA 3.0）
虽然这块“宝地”看似普通，但并不是随意选择的。毕竟对红耳龟来说，“生男生女”并不完全是“听天由命”的事儿。
温度决定性别
自然的演化常常给我们惊喜。比如自然界中生物的性别决定机制，其复杂程度超乎想象。
对绝大多数动物而言，性别在受精卵形成的那一刻便由遗传物质决定，人类也是这种基因型性别决定（GSD）的生物中的一员，性染色体的搭配代表着命运的决定。然而对于某些动物，有更多复杂的因素影响着后代性别。
彩虹鬣蜥（图源：Wikimedia Commons）
1966年，法国科学家玛德琳·沙尔尼埃（Madeleine Charnier）在彩虹鬣蜥（Agama agama）身上观察到，温度能够影响幼仔的性别比例[1]。科学家陆续发现，这种现象在短尾鳄、龟类等不少爬行动物以及一些鱼类中并不罕见。在这类动物的胚胎发育的关键时期，卵所处的环境温度决定了孵化出的幼仔的性别。
以龟类为例，有研究发现，如果将某些龟的胚胎发育温度维持在31摄氏度以上，孵化出的幼仔将全数为雌性，而当温度稳定在24～27摄氏度，幼仔则皆为雄性。如果温度过低（如20摄氏度），有些龟的后代中雄性数量仍然占上风，而以拟鳄龟为代表的一些龟类则会产下雌性的后代[2]。这便是温度依赖型性别决定（TSD）的两种典型模式。
（图源：Peteruetz / CC BY 3.0）
尽管距离人们首次观察到TSD现象已超过50年，但其背后的调控机制仍是一个未解之谜。
“钥匙”基因
20世纪下半叶，表观遗传学研究逐渐兴起。人们更多地认识到，在不改变DNA序列的情况下，某些因素能够通过特定的机制调控基因的表达。相关研究表明，卵所处的环境很可能与性腺分化的基因表达有着密切联系[2]，科学家猜测，表观遗传也是揭开TSD机制的关键。
要想认清性别决定背后的神秘机制，不仅需要找到开启性腺分化的“钥匙”基因，并且要知道它们是如何起作用的。但对科研来说，仅仅找到正确的方向都非易事。
研究GSD中关键基因的方法相对来说比较明晰，因为相关的基因都在性染色体上，搜索的范围相对明确。但探索TSD背后的机制时，情况截然不同。温度可能影响到与性别分化相关的任何一个常染色体基因。只要某个基因的改变能够导致性别变化，它就是潜在的“候选因素” [2]。这也是为什么尽管科学家观察到TSD现象已有半个世纪之久，但对其机制的认识仍然停留在初始阶段。
（图源：reddit.com）
截至目前，科学家针对红耳龟的研究已经取得了不小的突破。先前，科学家已在小鼠身上发现Dmrt1基因能够改变小鼠睾丸上的雄性细胞[3]，而这种基因在红耳龟胚胎早期的表达水平同样因温度而异。当温度处于“产雄区间”时，Dmrt1表达水平明显高于“产雌”的温度区间[2]。
2018年，中国科学家最新的研究进一步阐明了这种差异背后的关键——组蛋白去甲基化酶Kdm6b[4]。这种酶能够帮助“甩掉”原本“粘”在组蛋白一条“尾巴”上的甲基化标记，从而促进性别决定基因Dmrt1的表达。这也为TSD机制提供了更有力的表观遗传学证据。
有趣的是，现在我们或许能在气候变暖的“罪状”中再多加上一条。随着全球气温不断上升，这类TSD动物的性别比例可能逐渐失衡。在极端环境下，雌性的数量可能越来越多。探索TSD背后的答案，也是为拯救这些动物寻找出路。
参考资料
[1] Charnier, M. (1966), Action of temperature on the sex ratio in the Agama agama (Agamidae, Lacertilia) embryo, C R Seances Soc Biol Fil. 160(3), 620-2;
[2] Georges, A and Holleley, C. E. (2018), How does temperature determine sex?, Science 360, 602-3;
[3] Matson, C. K. et al. (2011), DMRT1 prevents female reprogramming in the postnatal mammalian testis, Nature 476, 101–104;
[4] Ge, C. et al. (2018), The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species, Science 360, 645-8.
发表于 2018-8-24 21:31
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