小Y退化记——性染色体演化的故事

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陈振夏

很久很久以前,当自然界还单调灰暗,生物不分性别,无所谓男女之时,在组成生物体的一个个细胞深处,已经居住着一条条染色体。他们身形多变,有时轻盈如丝,有时粗短如棒[1];他们身怀绝技,统领蛋白质大军,肩负生死存亡的重任[2];他们成双成对,相约在细胞中央,共谋家族发展大计[3]。

原始的Y染色体小Y[4]也是其中的一员,他和原始的X染色体小X[4]组成一对,过得相亲相爱。多年以后,小Y还常常回忆起和小X 初次见面的情景:那天,乘坐着原始精子细胞[5]的他,偶然间邂逅了原始卵细胞5中的小X。虽然来自不同的家族,见面时间不长,但他们一见钟情,渐渐拉近了彼此的距离。终于,随着原始精卵细胞的融合,他们走到了一起,成为了一家人,共同生活在一个细胞中。

第一次减数分裂中期是小Y和小X的蜜月期3,他们在这时牵起彼此的手,紧紧地拥在一起,仔细地端详对方。如果发现对方生了病,就会立刻动手医治,无微不至地进行照料。在这些相濡以沫的日子里,小Y和小X越来越有默契,连样貌都越来越相似。

有一天,小Y无意中获得了一个宝贝——SRY基因。这个基因可以产生睾丸决定因子,控制生物体的性别。在胚胎的性分化过程中,睾丸决定因子会刺激原始性腺发育成睾丸并分泌雄激素,从而使胚胎发育成男性。而如果没有SRY基因,原始性腺就会自然而然地发育成卵巢并分泌雌激素,从而使胚胎发育成女性。
从那以后,世界就变得丰富多彩起来。生物有了男女之分,拥有小Y的男人高大强壮,没有小Y的女人娇小温柔;有了美妙的爱情,一双双男女在诗词歌赋、舞蹈绘画中传递感动;也有了形形色色的求偶行为,就连小小的果蝇也会唱着情歌示爱……

这个基因是如此的重要,小Y如获至宝,为了防止宝贝有所闪失,他变得封闭保守起来,甚至开始与小X保持距离,不再与昔日的爱人互相关照。[6]苦苦守着宝贝的小Y凭借着SRY基因在染色体王国获得了崇高的地位,但是志得意满的他却没有意识到,自己正走向了一条灭亡之路。由于拒绝了爱人的照顾,小 Y的身体开始日渐衰弱。

3亿年前,小Y诞生之初曾含有1438个基因,但是与小X分道扬镳后的数百万年中,小Y的基因不断减少,几乎成了一种不可逆转的趋势。到了今天只剩下45个基因。按照这个速度推算,1000万年之后小Y将会完全消失。

相较起勤劳强大的小X,现在的小Y显得非常懒惰羸弱,不但体积不及小X的三分之一, 而且其中绝大多数DNA序列都是没有功能的,参与“工作”的基因甚至不及小X的十分之一。基因决定了生物体所表现出的各种特征,它的数量能在一定程度上反映染色体的“影响力”。所以缺少基因的小Y看起来很弱小。

失去了小Y的小X也失去了以往的幸福生活。虽然姐妹们会在女性细胞中代替小Y照料她,但毕竟不如从前那般贴心,小X还得常常在男性细胞中忍受着孤独与寂寞。[7]

姐妹们的到来,会让小X的工作轻松不少,但是在没有姐妹的男性细胞中,她却不得不承担起小Y的责任,一个人干两个人的活,以维持家庭的正常运转。

染色体王国同情小X的遭遇,为她减少了工作分量,让她在男性细胞中不用太辛苦,在女性细胞中还可以和姐妹轮换工作[8]。

但是小Y却又在男性细胞减数分裂的时候出来捣乱,指责小X抢了他的工作。[9]为了减少麻烦,小X只好选择在此时丢下所有的工作,闭门不出[10]。而她的旷工却引起了严重的家庭混乱。

小X为此深感不安,于是把自己的一些基因转交给生活在同一家庭里的其他染色体们,以便在自己旷工之时,同伴们也能凭借这些基因维持家庭的和谐。[11]

就这样,在小X的苦心经营下,家庭总算可以正常运转。可是,本该松一口气的小X却情不自禁地为昔日的爱人担心,日渐消瘦的他会不会有一天将不复存在,而没有他的未来,自然界又会是何种模样?是否会回复成为当初那个虽然和谐但却单调的世界?

专业解释:

[1] 染色体有染色质和染色体两种形态。染色质是丝状,在间期存在,分裂前期开始高度螺旋化,变粗变短,成为染色体。分裂末期重新解旋成为染色质。

[2] 染色体是基因的载体,基因能够编码蛋白质,决定生物体的各种性状。

[3] 人是双倍体,有两套染色体,分别来自父方和母方。成对的染色体又称为同源染色体。在减数分裂中期,同源染色体会在赤道板联会,发生重组,交换遗传物质,并进行对照修错。

[4] Y染色体在获得SRY基因之前,还不是真正意义上的Y染色体,它和X染色体没有本质的区别。故称为“原始的”。

[5] 精子细胞中的性染色体是X或Y,卵细胞中的性染色体是X。精卵细胞融合之后,来自父方和母方的染色体就共存在同一个受精卵中。不过在Y染色体获得SRY基因之前,还没有精细胞和卵细胞的分别。故称为“原始的”。

[6] 有SRY基因的Y染色体才是真正意义上的Y染色体,它和X染色体是同源染色体,但并不发生重组,也不进行对照修错。

[7] 女性细胞中的性染色体是XX,男性中是XY。X染色体可以在女性细胞中与另一条X染色体发生重组,并且进行对照修错。

[8] 剂量补偿效应。女性细胞有两条X染色体,而男性细胞只有一条。剂量补偿效应使 X连锁性状的表现在男女个体之间一致。比如人类女性在胚胎发育的第16天会有一条X染色体发生失活。失活的X染色体是随机的,可能来自于父方也可能来自于母方。

[9] 根据性别对抗和X失活假说,X染色体有三分之二的时间在女性细胞中,而只有三分之一的时间在男性细胞中,会倾向于丢失在男性特异性表达的基因。女性化的X染色体会受到自然选择的作用,在男性减数分裂时失活。需要注意的是这只是解释减数分裂性染色体失活的其中一种假说。也有假说认为X染色体失活是为了避免与Y染色体发生重组或转座子入侵。

[10] 减数分裂性染色体失活。在精子发生过程中,X染色体会失活。

[11] 在精子发生过程中表达的基因倾向于从X染色体逃离到其他常染色体上。

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