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Y染色体正在慢慢退化消失未来男性到底该何去何从?【易科学前沿】

Y染色体就好像男性的符号一样,但如今研究人员越来越清楚地发现,Y染色体或许并不像我们想象中那么持久且强大,尽管Y染色体携带着主要的开关基因SRY,其不仅能帮助确定胚胎的性别(XX或XY),同时其还含有很少量的其它基因,同时Y染色体也是唯一对人类生命并不必要的染色体。毕竟女性在没有Y染色体的情况下依然过得很好。

另外,Y染色体会迅速退化,女性携带者两个完全正常的X染色体,而男性则携带者一个X染色体和一个看起来皱缩干瘪的Y染色体,如果两个染色体以同样的速率退化,那么在Y染色体完全消失之前,其或许还有460万年的寿命,这个时间听起来似乎很长,但实际上地球上的生命已经存在35亿年了。

Y染色体并不会一直都是这样子,如果我们将时钟倒回至1.66亿年前,对于第一个哺乳动物而言,这个故事或许就是完全不同的,最早期的Y染色体原型的尺寸和X染色体一样,而且其同X染色体一样含有所有相同的基因;然而Y染色体有着根本的缺陷,并不像其它染色体一样(其在每个细胞中都有两个拷贝),Y染色体仅能作为单一的拷贝,从父亲遗传给儿子。

这也就意味着,Y染色体上的基因并不能够进行遗传重组,而在每一代中所发生的基因漂移重组或许也能帮助消除损伤性的基因突变;尽管遗传重组会给机体带来一定益处,而Y染色体的基因则会随着时间不断退化,最终将会从基因组中消失。尽管如此,最近有研究表明,Y染色体能够进化出一些令人信服的机制来减缓退化,这或许就能够降低基因丢失的速度。

比如,最近一项刊登在PLoS Genetics杂志上的研究报告中,来自丹麦的研究人员对62名不同男性的部分Y染色体进行了测序,结果发现,Y染色体更倾向于进行大规模的结构重组来促进基因扩增,而多个拷贝基因的获取或能有效促进健康精子的功能,同时还能减缓基因的缺失。

同时研究者还发现,Y染色体已经进化出了一种名为回文序列的不寻常结构,这种回文序列就是一种特殊的DNA序列,其能够向前向后阅读相同的信息(比如kayak词语),从而就能保护染色体不被进一步降解,在Y染色体的回文序列中,这些序列能够记录高比率的基因转化事件(gene conversion events),这是一种基本的复制和粘贴过程,其能利用完整无损的副本作为模板来促进损伤的基因被修复。

当研究人员对其它物种(携带Y染色体的其它哺乳动物等)进行研究时,他们发现,越来越多的研究证据都表明,Y染色体中的基因扩增是一种普遍的原则,而这些扩增的基因在精子的产生及调节后代性别比率上扮演着关键的角色,刊登在Molecular Biology and Evolution杂志上的一篇研究报告中,研究人员表示,小鼠机体中基因拷贝数的增加或许是自然选择的结果。

关于Y染色体是否会消失的问题上,科学界(比如英国)目前分为“激进派”和“保留派”,后者认为Y染色体的防御机制做得很好,而且这种机制能够挽救Y染色体,但前者则认为,Y染色体所做的所有事情都只是能让其更好地存在,如今两组持不同观点的科学家们仍然在继续讨论着。

来自澳大利亚拉特布大学的研究人员Jenny Graves表示,如果你从长远角度来看的话,Y染色体的命运或许是注定无法改变的,即使你坚持的时间比预期的长一点;2016年发表的一篇研究报告中,Jenny Graves指出,来自日本的小鼠和田鼠已经完全失去了Y染色体,而且Y染色体发生的基因丢失或创造的过程会不可避免地诱发小鼠的生育问题,这或许最终会推动完全新型的物种形成。

男性的灭亡?

正如笔者在一本电子书中所说的那样,即使人类的Y染色体消失了,但这并不意味着男性也会从世界上消失,甚至在一些完全丢失Y染色体的物种中,雄性和雌性仍然都会繁衍后代。在这些案例中,确定雄性的SRY主要开关基因就会转移到不同的染色体上,也就意味着,这些物种在不需要Y染色体的情况下也会繁衍出雄性后代。然而,SRY所“定居”的新型性别决定染色体或许也会因为缺乏相同重组机制而开始新一轮的退化过程;然而对于人类而言,更有意思的是,当Y染色体成为正常人类繁殖过程所必需的元件时,如果利用辅助生殖技术的话,Y染色体所携带的其它很多基因或许就不再需要了。这意味着,基因工程技术或能替代Y染色体的基因功能,允许同性女性伴侣或不育男子怀孕。即使每个人都能以这种方式怀孕,人类似乎不太可能会停止自然繁殖的优势。

关于Y染色体是否会消失的问题,尽管目前在遗传研究领域科学家们进行了激烈地讨论,但科学家们并不需要担心。当然了,研究人员并不清楚是否Y染色体会消失,而且即便Y染色体消失了,人类很可能还会继续需要男性以便正常的人类繁衍持续进行。事实上,在一个农场中,会有少数幸运的雄性动物被选中配种对象,但其大多数后代肯定也不会出现在地平线上,因此无论如何,在接下来的460万年里,人类或许还会面临其它更多更为紧迫的问题。

参考资料:

[1]SRY gene;

[2]Is the Y chromosome disappearing?—Both sides of the argument.Chromosome Research    doi:10.1007/s10577-011-9252-1;

[3]Analysis of 62 hybrid assembled human Y chromosomes exposes rapid structural changes and high rates of gene conversion.PLoS Genet    doi: 10.1371/journal.pgen.1006834;

[4]The Biology and Evolution of Mammalian Y Chromosomes.Annual Review of Genetics    doi:10.1146/annurev-genet-112414-055311;

[5]Sequence and Structural Diversity of Mouse Y Chromosomes.Molecular Biology and Evolution      doi:10.1093/molbev/msx250;

[6]Muennink's spiny rat;

[7]Did sex chromosome turnover promote divergence of the major mammal groups?Bioessays    doi:10.1002/bies.201600019

[8]A unique, up-to-date discussion of the history, indications and techniques for intracytoplasmic sperm injection (ICSI).Intracytoplasmic Sperm Injection

[9]Two genes substitute for the mouse Y chromosome for spermatogenesis and reproduction.Science  doi:10.1126/science.aad1795

[10]The Y chromosome is disappearing – so what will happen to men?


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