溫度決定部分動(dòng)物的性別

雖然大多數(shù)動(dòng)物的性別由染色體決定，但是一些特殊的物種卻由環(huán)境的溫度變化來(lái)決定未來(lái)的性別。當(dāng)溫度低于某個(gè)臨界值時(shí)，是一種性別，反之則是另一種性別。青蛙的性別可以由溫度決定，這在許多青蛙物種中得到了驗(yàn)證。如果蝌蚪在20℃左右的溫度條件下發(fā)育，那么它們的雌雄數(shù)量相當(dāng)；倘若將蝌蚪置于30℃左右的溫度下，則全部發(fā)育成雄性。

棲息在大西洋北部的銀邊魚(yú)胚胎，和人類(lèi)一樣是由基因來(lái)決定性別的。而在大西洋的另一端，銀邊魚(yú)胚胎的性別卻是由周?chē)乃疁貨Q定的，如果孵化溫度為25℃～29℃，孵化出的銀邊魚(yú)為雄性；如果孵化溫度為30℃～33℃，孵化出的銀邊魚(yú)則為雌性。

還有一些物種，雖然由基因表達(dá)決定性別，但隨著溫度的升高，開(kāi)始沖破基因“指令”，朝著由溫度決定雌雄的方向發(fā)展。研究表明，歐洲鱸魚(yú)的性別取決于遺傳因素和環(huán)境因素的共同作用，正常情況下，群體性別比例均衡正常，即雄性和雌性個(gè)體數(shù)量相當(dāng)。如果在早期發(fā)育的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期遇到水溫升高，歐洲鱸魚(yú)就會(huì)變性，群體中全是雄性個(gè)體，朝著“純爺們”的種群方向發(fā)展。

溫度影響動(dòng)物性別，最著名的例子是爬行動(dòng)物，如海龜、鱷魚(yú)和蜥蜴。在這些物種中，溫度決定了胚胎發(fā)育過(guò)程中性腺發(fā)育的方向，進(jìn)而決定了最終的性別。

溫度決定部分動(dòng)物性別這一現(xiàn)象，給了我們深入研究和理解動(dòng)物行為與進(jìn)化的機(jī)會(huì)。這種現(xiàn)象在自然界中可能是一種適應(yīng)機(jī)制，使物種能夠根據(jù)環(huán)境條件調(diào)整性別比例，從而優(yōu)化繁殖策略和生存機(jī)會(huì)。雖然具體機(jī)制還不完全清楚，但目前有三種假說(shuō)得到了廣泛的認(rèn)同。

第一種假說(shuō)是較高的孵化溫度會(huì)加速胚胎的發(fā)育，因此與較高孵化溫度相關(guān)的性別會(huì)更早孵化。墨西哥國(guó)立自治大學(xué)生物學(xué)家迭戈·科爾特斯稱(chēng)，爬行動(dòng)物通常在生命繁盛的雨季孵化，早期孵化出來(lái)的幼崽能獲得更多的食物，生長(zhǎng)得更快，成熟生存的機(jī)會(huì)也更高。

第二種假說(shuō)是溫度決定性別給雌性動(dòng)物提供了控制后代性別的方法。澳大利亞拉籌伯大學(xué)的遺傳學(xué)家詹妮弗·格雷夫斯指出，當(dāng)種群數(shù)量較少時(shí)，母揚(yáng)子鱷可能會(huì)選擇較涼爽的巢穴來(lái)孵化更多的雌性后代。反之，母揚(yáng)子鱷可能會(huì)選擇更溫暖的地方的巢穴。

第三種假說(shuō)是溫度決定性別取決于一種被稱(chēng)為“芳香化酶”的物質(zhì)，它是體內(nèi)合成雌激素的重要催化酶，可以將雄性荷爾蒙轉(zhuǎn)化為雌性荷爾蒙。美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)生物學(xué)家卡拉·默勒表示，在許多動(dòng)物中，特定發(fā)育階段的高溫可以增加這種酶的水平，促使誕生更多雌性后代。

隨著全球氣溫的升高，生態(tài)系統(tǒng)中動(dòng)物性別比例可能發(fā)生變化，對(duì)其種群的繁衍和生存產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。我們應(yīng)該重視并加強(qiáng)相關(guān)的研究，并采取積極的行動(dòng)來(lái)減緩全球變暖的進(jìn)程，以保護(hù)動(dòng)物的性別平衡。

高溫產(chǎn)生雌海龜

美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)生物學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，海龜沒(méi)有明顯的性染色體和性特異基因，它們的性別取決于孵化過(guò)程中卵囊內(nèi)的溫度。一般而言，高溫會(huì)孵化出雌海龜，而低溫會(huì)孵化出雄海龜。不同種類(lèi)的海龜有不同的臨界度，即能產(chǎn)生數(shù)量相當(dāng)?shù)拇菩酆｝數(shù)臏囟?。比如說(shuō)，綠海龜?shù)呐R界溫度大約是29℃。

在海龜?shù)胺趸瘯r(shí)，溫度會(huì)影響這些性別決定基因的表達(dá)，這些基因又進(jìn)一步影響了性別發(fā)育的方向，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“溫度依賴(lài)型性別決定”。以綠海龜為例，一個(gè)名為“DMRT1”的基因在低溫下高度表達(dá)，在高溫下則低度表達(dá)，而另一個(gè)名為“FOXL2”的基因在高溫下高度表達(dá)，在低溫下則低度表達(dá)。DMRT1和FOXL2分別是睪丸和卵巢發(fā)育所必需的轉(zhuǎn)錄因子。海龜具備這樣的特性，可能是為了適應(yīng)不同地區(qū)和季節(jié)的環(huán)境變化。在一些地區(qū)，比如赤道附近，孵化期間的溫度比較穩(wěn)定；而在一些地區(qū)，比如高緯度地區(qū)，孵化期間的溫度波動(dòng)較大。如果海龜能夠根據(jù)溫度調(diào)節(jié)自己的性別比例，那么它們就能更好地適應(yīng)不同的生存條件，保持種群的平衡和多樣性。

然而，隨著全球變暖，海龜?shù)纳婧头毖苊媾R著威脅。由于氣溫升高，海龜?shù)某惭囟纫采?，?dǎo)致雌海龜?shù)臄?shù)量增加。這可能會(huì)造成海龜?shù)男詣e比例失衡，影響它們的交配和繁殖，對(duì)海龜種群造成威脅。如果孵化期間的溫度過(guò)高，那么海龜?shù)呐咛タ赡茉庥鲋滤阑蛑禄暮蠊?/p>

澳大利亞大堡礁北部是地球上最大、最重要的綠海龜棲息地之一。科學(xué)家對(duì)該地新生綠海龜抽樣調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在溫度稍高的海域，超過(guò)99%的新生綠海龜是雌性的，而在溫度較低的海域，這一比例是65%～69%。后續(xù)的研究顯示，當(dāng)綠海龜孵卵的沙灘溫度超過(guò)29.3℃時(shí)，雌性幼龜?shù)谋壤龝?huì)顯著增多。對(duì)氣溫?cái)?shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，1990年以來(lái)，在每年12月至翌年3月的海龜繁殖期，大堡礁北部的沙灘溫度基本都超過(guò)了29.3℃。據(jù)此推算，過(guò)去20年間，該地孵化的海龜基本為雌海龜。

海龜是一種珍貴而古老的動(dòng)物，它們?cè)诘厍蛏弦呀?jīng)生存了兩億多年。為了保護(hù)海龜免遭溫度變化的危害，科學(xué)家提出了減少溫室氣體排放，以延緩全球變暖速度的號(hào)召。截至目前，人們已采取了一些切實(shí)可行的舉措來(lái)保護(hù)海龜。比如，在海灘上種植植被，為海龜提供陰涼的巢穴環(huán)境；人工干預(yù)海龜?shù)姆趸^(guò)程，調(diào)節(jié)巢穴溫度或?qū)⒑｝斅寻徇w到溫度適宜的地點(diǎn)；監(jiān)測(cè)和研究海龜?shù)男詣e比例和種群動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題。

雄鱷生于高溫

作為肉食性卵生脊椎爬行動(dòng)物，鱷魚(yú)與2億多年前的恐龍同時(shí)代，也是迄今仍存活在世的最原始的爬行動(dòng)物。它們以強(qiáng)大的生命力生存和繁衍，成為地球上最古老的生物“活化石”之一。鱷魚(yú)非常兇猛，常以小型哺乳動(dòng)物為食。母鱷每次的產(chǎn)卵數(shù)為20～90枚。產(chǎn)卵之后，母鱷會(huì)用草或土把所有的卵都掩蓋起來(lái)，利用陽(yáng)光和雜草受濕發(fā)酵的熱量對(duì)卵進(jìn)行孵化。鱷魚(yú)胚胎的性別由孵化的環(huán)境溫度決定。

為了平衡雌雄的比例，母鱷會(huì)將一部分巢穴建在溫度接近 34℃的向陽(yáng)坡或溫暖的樹(shù)林附近，而將另一部分的巢穴建在30℃或以下的低洼陰涼處或潮濕的沼澤地。鱷魚(yú)的性別是在孵化期間的7～21天決定的。最終，位于向陽(yáng)坡或溫暖樹(shù)林附近的巢穴孵化出了雄性鱷魚(yú)，而位于低洼陰涼處或潮濕的沼澤地的巢穴則孵化出了雌性鱷魚(yú)。為了研究這一現(xiàn)象，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里培育了一批小鱷魚(yú)。鱷魚(yú)胚胎被分成兩組，其中一組放置在25℃的溫度下，另一組則放置在30℃的溫度下。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的孵化后，研究人員對(duì)孵化出來(lái)的幼鱷進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)于性別有著非常顯著的影響。在溫度為 25℃時(shí)，幼鱷數(shù)量相對(duì)均衡，雄幼鱷和雌幼鱷的比例大致相等。在30℃時(shí)，雄幼鱷的數(shù)量占比已經(jīng)超過(guò) 70%，是雌幼鱷的2倍多。

科學(xué)家解釋道，幼鱷體內(nèi)酶的活性會(huì)受到溫度的影響而改變，這會(huì)影響到某些基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致性別比例發(fā)生變化。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅對(duì)于了解動(dòng)物生殖的機(jī)制非常重要，而且也給了我們一個(gè)重要的啟示，即：環(huán)境的變化可以對(duì)生物產(chǎn)生非常重要的影響。這種影響可能是暫時(shí)性的，也可能是長(zhǎng)期性的。對(duì)于物種來(lái)說(shuō)，這意味著需要不斷地適應(yīng)和應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化，才能夠生存下來(lái)。

蜥蜴性別受溫度和遺傳影響

來(lái)自塞內(nèi)加爾達(dá)喀爾大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家馬德琳·夏尼爾首次發(fā)現(xiàn)，作為一種環(huán)境因素，溫度影響著生活在非洲中部及西部的彩虹飛蜥的性別發(fā)育。當(dāng)溫度超過(guò)30℃，胚胎多發(fā)育為雌性個(gè)體。溫度對(duì)性別的影響在某些時(shí)候甚至可以超越性染色體。蜥蜴的性染色體為ZZ 或ZW，雄性有兩個(gè)相同的染色體——ZZ，雌性有兩個(gè)不同的染色體——ZW。一般而言，ZZ染色體胚胎發(fā)育為雄性，ZW染色體胚胎發(fā)育為雌性。但如果胚胎發(fā)育時(shí)溫度足夠高，本該發(fā)育為雄性的胚胎就會(huì)受到影響，進(jìn)而發(fā)育成了雌性。

澳大利亞堪培拉大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所的生物學(xué)家莎拉·懷特利和亞瑟·喬治等人將一組鬃獅蜥胚胎分別置于28℃和 36℃的環(huán)境溫度下孵化。研究人員注意到，當(dāng)環(huán)境溫度為 36℃時(shí)，在ZZ 型胚胎中，傾向激活雄性發(fā)育的基因被強(qiáng)制關(guān)閉，而雌性發(fā)育的基因被開(kāi)啟。研究人員將這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為雄性胚胎發(fā)生“ZZ反轉(zhuǎn)”。這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)了環(huán)境溫度決定鬃獅蜥性別的遺傳過(guò)程，揭示了驅(qū)使雌性鬃獅蜥發(fā)育的第二種途徑。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的生物學(xué)教授泰隆·海斯為此擔(dān)心，像鬃獅蜥這種特別容易被環(huán)境壓力左右的動(dòng)物，可能會(huì)因氣候及棲息地問(wèn)題而出現(xiàn)性別比例失衡，造成數(shù)量銳減，甚至種群滅絕的情況。

總而言之，溫度不僅是決定鬃獅蜥性別的一個(gè)重要因素，而且這種影響可以通過(guò)遺傳過(guò)程體現(xiàn)出來(lái)，說(shuō)明溫度和遺傳因素共同作用，決定了鬃獅蜥的性別。盡管鬃獅蜥并不是唯一一種性別受溫度影響的爬行動(dòng)物，但它是第一種證明這種影響可以超過(guò)遺傳基因的爬行動(dòng)物。

（可可摘自“三聯(lián)生活周刊”微信公眾號(hào)）