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颠覆孟德尔定律:青春失乐园的所有歌曲卵细胞也会主动选择精子?

时间:2017-11-29 12:12 来源:http://www.bmeetg.com/ 作者:舟山新闻网 阅读:

  经典的遗传学理论说配子是随机结合的,但有试验显示,卵细胞有时会主动选择精子,以获取其遗传物质。

  撰文 | Carrie Arnold

  翻译 | 杨珂

  审校 | 王妍琳 

颠覆孟德尔定律:青春失乐园的所有歌曲卵细胞也会主动选择精子?

  在受精这个“赢家通吃”的游戏中,数百万计的精子游向在终点线等待的卵细胞。很多精子由于缺少尾部或尾部畸形等缺陷甚至直接输在了起跑线。一些精子可能没有足够的能量去穿越漫长的女性生殖道,还有些精子会被困在生殖道分泌的粘性液体中。这意味着除了最强的游泳健将之外,其他所有精子都会被阻碍。在能够成功接近卵细胞的选手中,唯一的获胜者将由最后的冲刺阶段决定。因此,几乎所有科学家都认为,胜出的精子是随机的;卵细胞一直在被动的等待,直到精子中的菲尔普斯到达终点。

  西北太平洋国家实验室的主任研究员Joe Nadeau对此“教条”发起了挑战。若受精是随机的,那么后代的基因组合应呈现特定比例,但在自己实验室的两个例子中,Nadeau发现一些基因配对组合出现的概率比其他组合高的多,表明受精远非随机。在排除了其他可能解释后,他只能得出结论:受精并不是随机的

  Nadeau说:“这等同于配子在选择它的伴侣”。

  他提出假设:卵细胞可以用特定的基因吸引精子,反之亦然。同时生物学家们也渐渐认识到,卵细胞并不是长久以来大家认为的顺从、被动的细胞,相反,研究人员认为卵细胞在生殖过程中是与精子平等的、活跃的参与者,它在生命最重要的过程中增加了演化控制和选择的程度。

  来自乔治华盛顿大学的演化生物学家Mollie Manier说:“女性生殖系统的解剖学更加神秘、很难研究,但人们对女性在受精过程中的角色的认识正变得更加深入”。

  细胞层面的性选择

  性选择的概念可以追溯到达尔文本人。在《物种起源》中,他用孔雀艳丽的尾巴和麋鹿的巨大鹿角作为例子,阐明物种会演化出特定的特征,来帮助雄性吸引雌性。在接下来的一个世纪里,生物学家将注意力放在交配前性选择的各个方面。交配一旦进行,雌性就已经作出了她们的选择,之后就是精子们的竞赛了。

  来自纽约大学的人类学家Emily Martin在1991年的一篇论文中指出,这种男性主导的女性生殖生物学观点是被普遍接受的。她写道,“人们认为卵细胞是大而被动的,它不运动,只是被动地沿着输卵管游走。精子与之形成鲜明对比,它们小、呈流线型,而且总是充满活力。”

  然而从上个世纪70年代开始,一些科学发现开始削弱这个刻板印象。William Eberhard是 史密森热带研究所的一名行为生态学家,他记录了雌性动物在交配后,是如何通过多种方式影响卵细胞受精的。这个名单很长,而且科学家还不确定这是否就是全部。但这些迟来的发现并不是由于性别歧视。毕竟两只海象用它们的象牙决斗很容易观察,而观察女性生殖道中卵细胞的“躲猫猫”游戏则难得多。

扫描电镜图中显示了人类的受精时刻。曾经人们将受精过程中的卵细胞描绘成被动的,但新的发现表明,卵细胞可能会筛掉基因不合适的精子。

  扫描电镜图中显示了人类的受精时刻。曾经人们将受精过程中的卵细胞描绘成被动的,但新的发现表明,卵细胞可能会筛掉基因不合适的精子。

  在那些体外受精的物种中,雌性通常会用厚厚的富含蛋白质的覆盖它们的卵细胞。2013年英国东安格利亚大学的Matthew Gage通过试验表明,这些卵巢液中含有的化学信号有助于卵细胞吸引正确的精子。当他们将鲑鱼和鳟鱼的卵细胞混合后,暴露于其精子的混合液中,发现70%的卵细胞可以与同物种的精子成功结合,远超预期几率。

  Gage说道,“精子在不同液体环境中表现不同。事实上,它们在自己的液体中游得更直”。

  体内受精的动物有它们自己的办法,Eberhard称之为“神秘的女性选择”。一些女性的生殖道错综复杂,能够成功阻拦最强精子以外的所有精子。一些雌性动物可以与不止一个雄性交配(生物学家估计大多数物种都是这样),包括许多爬行动物、鱼类、鸟类和两栖动物,雌性可以储存精子数月甚至数年,通过改变储存环境筛选精子。许多雌鸟,包括家禽,可以在交配后排出精子,从而选择自己最青睐的雄性。

Joe Nadeau

Joe Nadeau

  然而,所有这些策略都只是为女性选择男性精子提供机会。在一次射精中,哪个精子可以最终与卵细胞结合看上去仍然是随机的。

  事实上,受精的随机性是隐含在孟德尔遗传第一定律,也就是分离定律里的。控制同一性状的遗传因子成对存在,在配子形成时分开,分别进入一个配子细胞中去,这导致了后代的多种可能性。如果父母双方都是杂合子---指其携带的一个基因存在有两个版本,那么50%的后代是杂合子,25%的后代是携带其中一个版本的纯合子,剩下的25%是携带有另一版本的纯合子。

  Nadeau说,“这是生物学中最广泛适用的规则之一“。

  然而,这些可能性建立的前提是受精是随机的。如果卵细胞或精子可以在受精过程中影响了其他配子,那么这些比率将会大不相同。这一惊人的差异在2005年引起了Nadeau的关注,当他开始研究小鼠身上两种特殊基因的遗传规律时发现了例外。在西雅图的实验室里,Nadeau开始怀疑:难道是孟德尔错了吗?

  孟德尔定律的推翻者

  Nadeau起初是想知道这两个基因(Apobec1和Dnd1)是如何相互作用从而影响睾丸癌(遗传几率很高的一种癌症)的患病风险的。当Nadeau和他的博士生Jennifer Zechel将携带一条突变Dnd1基因的雌性杂合子与Apobec1杂合的雄性交配时,后代似乎全部符合孟德尔定律。但当他们反向交配时(Apobec1杂合雌性与Dnd1杂合雄性交配),结果变得很奇怪:携带Apobec1突变基因、Dnd1突变基因或二者都有的后代仅占27%,但这一数值在理论上应该是75%

(责任编辑:舟山民生在线)

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