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Y染色体逐渐退化,男人要消失?

2018-2-5 7:54:16来源:网易科技作者:小小责编:守一评论:

Y染色体可能是男子的象征,但越来越多的证据显示,它可能无法持久坚持下去。虽然Y染色体携带着“主开关”基因SRY,它决定了胚胎是否会发育成男性(XY)还是女性(XX),它只包含很少的其他基因,是生命延续中唯一没有必要存在的染色体。

更重要的是,Y染色体已经迅速退化,使女性拥有两个完全正常的X染色体,而男性只有X染色体和一个萎缩的Y染色体。如果按照目前的退化速度持续下去,Y染色体可能在460万年内就会完全消失。这听起来可能很长,但当你考虑到地球上的生命已经存在了35亿年时,你就不会这么想了。

Y染色体并非从一开始就处于退化状态的。如果我们把时钟回拨到1.66亿年前,对于最初的哺乳动物来说,这个故事就完全不同了。早期的“原始”Y染色体最初与X染色体差不多,也包含着相同的基因。然而,Y染色体有个根本性的缺陷:我们每个细胞中都有两份染色体,不同于其他的染色体,Y染色体只作为一份拷贝存在,并通过父亲传给他们的儿子。

这意味着,Y染色体上的基因不能进行基因重组,而每一代基因的“洗脱”有助于消除破坏性的基因突变。被剥夺了重组好处的Y染色体基因会随着时间而退化,最终从基因组中消失。

▲图:红色的Y染色体,旁边则是更大的X染色体

尽管如此,最近的研究表明,Y染色体已经发展出了许多非常有说服力的机制来“踩刹车”,减缓基因丢失的速度,使其处于停滞状态。例如,丹麦最近对来自62个人的Y染色体测序部分进行检测,发现它倾向于大规模结构性重组,以便允许“基因扩增”,即收购基因的多个副本,促进健康的精子功能和减少基因损失。

这项研究还表明,Y染色体已经发展出一种不同寻常的结构,称为“回文”(palindromes)。在这种结构中,DNA序列的正向和逆向读取都是相同的,就像皮划艇的英文单词“kayak”那样,能保护它免受进一步退化的危害。研究人员在Y染色体的“回文”序列中发现了高频率的“基因转换事件”,这基本上这就是一个“复制粘贴”的过程,允许使用未损坏的备份拷贝作为模板修复受损的基因。

再看看其他的一些不同物种(在哺乳动物和其他物种也中存在Y染色体),越来越多的证据表明Y染色体的“基因扩增”是一个普遍现象。这些扩增的基因在精子产生和调节后代性别比例(至少在啮齿类动物)中发挥着关键作用。最近,发表在《分子生物学和进化》杂志上的研究表明,老鼠基因拷贝数量的增加是自然选择的结果。

关于Y染色体是否真的会消失这个问题,科学界(就像现在的英国一样)目前被分为“消失派”和“保留派”。后者认为Y染色体的防御机制非常棒,并且可能挽救Y染色体。但是,“消失派”表示,它们所做的一切都是让Y染色体掉下悬崖前的垂死挣扎。这场辩论还将持续下去。

▲图:田鼠没有Y染色体

澳大利亚La Trobe大学的珍妮·格雷夫斯(Jenny Graves)表示,如果从长远的角度来看,Y染色体必然是要失败的,即使它们存在的时间可能比预期要长一些。在2016年的一篇论文中,格雷夫斯指出,日本小老鼠和田鼠已经完全失去了Y染色体,并且认为Y染色体上丢失或产生的基因不可避免地导致了生育问题。这反过来又能推动新物种的最终形成。

正如我们在新报告中所指出的那样,即使人类的Y染色体确实消失了,也并不一定意味着男性本身会灭绝。即使是在已经完全失去Y染色体的物种中,繁殖仍然需要雄性和雌性。在这些情况下,决定基因异常性的SRY“主开关”已经转移到不同的染色体上,这意味着这些物种在不需要Y染色体的情况下也可以产生雄性。然而,决定性别的新染色体应该会再次开始退化的过程,因为它同样缺乏基因重组能力,这将导致它们像之前的Y染色体那样消失。

然而,关于人类的有趣之处在于,当正常的人类繁殖需要Y染色体时,如果你使用辅助生殖技术,它携带的许多基因是不必要的。这意味着基因工程可能很快就能取代Y染色体的基因功能,允许同性伴侣或不育男性怀孕。然而,即使每个人都能以这种方式怀孕,但不太可能的是,有生育能力的人会自然停止繁殖。

尽管这是一个有趣且争论激烈的基因研究领域,但几乎没有必要担心。我们甚至不知道Y染色体是否会消失。而且,正如我们所展示的,即使Y染色体消失,我们也很可能继续需要男人,这样正常的繁殖才能继续下去。事实上,像“农场动物”型系统那样选择几个“幸运”的雄性来繁殖大多数后代的情况,显然不会发生在人类身上。无论如何,在接下来的460万年内,人类将会有更多更为紧迫的担忧需要面对。

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