烏龜如何由溫度決定性別？科學家揭開謎底

2023-03-31 07:39:51 1

科學家以前已經發現，一些爬行動物的性別與卵子發育的環境溫度有關。例如，烏龜，較高的環境溫度會使卵發育成雌性，而較低的溫度會使卵發育成雄性。然而，這些爬行動物如何記錄溫度信息並將其轉化為影響卵子發育過程中生理髮育的因素，仍然是一個未解之謎。

就在最近，發表在《科學》雜誌上的一篇論文揭示了海龜性別發育和卵子發育的環境溫度之間的特定影響機制。

對人類來說，Y染色體上的一個特定基因決定了身體未來的發育模式，而單一的特定信號很難用來確定身體是男性還是女性。雖然有些生物可以像雄性果蠅一樣正常發育，即使沒有Y染色體，但如果烏龜想用溫度信號作為決定雌雄的關鍵，那麼這個信號對「烏龜身體的發育」一定非常重要，並且可以觸發身體雌雄發育的差異。然而，在這一點上，與顯示同等溫度的染色體機制相比，很難找出溫度如何幫助一些生物體確定它們是雄性還是雌性。

因為在龜卵的發育過程中，孵化可能發生在不同的季節，而且龜卵所處環境的溫度在長期內不斷變化。

在中長過渡時期，龜卵發育的環境溫度可能每天都不同，而在短期過渡時期，龜卵能接收到的溫度信號在早上和晚上是不同的(早上高，晚上低)，儘管這種「可變的」溫度信號乍一看不能幫助龜在發育過程中確定自己的性別。

然而，如果用類比的話，這種判斷方法確實與人類相似，也就是說，所有的信號都被「決定動物性腺的細胞」讀取，然後這些讀取的信息被細胞用來決定身體應該產生哪種生長激素。

海龜如何記錄和轉換溫度信息？

研究人員在過去幾年裡研究過紅耳龜，發現當實驗控制的發育溫度高於30攝氏度時，這種龜的卵更有可能發育成雌性，而當溫度低於26攝氏度時，它們更有可能發育成雄性。

照片|紅耳龜(來源:維基)

儘管生物體有許多方法來確定它們是雄性還是雌性，但許多生物體在確定過程中使用一些核心基因，而這些核心基因之一就是「雙性人基因」。研究人員先前已經發現雌雄同體基因在果蠅的發育中起著重要的作用，但也發現紅耳滑龜的雌雄同體基因可以促進雄性的發育。

根據以前的研究，這種兩性基因只能在低溫環境下轉化為蛋白質，這意味著它不同於在高溫或低溫下轉化為蛋白質的「溫度傳感器」，但蛋白質只能在低溫或高溫環境下才有活性。

這項研究進一步探索了這種類型的兩性基因在紅耳滑龜發育中的作用，並成功地聚焦於一種叫做Kdm6b的基因。儘管先前與Kdm6b相關的研究發現它在哺乳動物的癌細胞和免疫細胞中起調節作用，但這並不意味著它也能影響海龜的性別發育過程。

然而，令人驚訝的是，研究人員最終發現了海龜的「溫度調節器」Stat3，它可以在性腺中轉化為蛋白質，而不管溫度如何，在高溫環境下具有「阻止身體發育成雄性」的功能，使身體更有可能發育成雌性。然而，不管發育環境的溫度如何，阻斷Stat3都會使身體失去「阻斷身體發育為雄性」的能力，從而變成雄性。

研究發現，Stat3蛋白和磷酸鹽之間的聯繫是Stat3對溫度反應的關鍵。在某些特定條件下，Stat3在鈣含量較高的細胞中更容易被激活，而性腺中的鈣含量隨溫度而變化，就像海龜可以通過細胞中鈣含量的變化來記錄溫度變化，並利用這些信息來判斷它們是「雄性還是雌性」

然而，儘管這項研究在探索海龜卵發育溫度和性別之間的關係方面取得了豐富的成果，但我們仍然不知道是什麼導致細胞根據不同的溫度積累不同數量的鈣，最終可能需要一段時間才能發現完整的海龜發育過程圖。

此外，這項研究目前似乎沒有任何潛在的醫學用途。除了「了解細胞轉化環境因素的新信息並永久決定身體的發育方向」之外，海龜的發育過程也可能有助於我們在今天的氣候變化中更好地保護它們的棲息地。