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现在来看看完全不同的东西——一种有三种性别的蠕虫

Three-sexed worm:
Three-sexed虫: 戴安·雪克斯是一篇研究线虫怪异基因的论文的作者之一,这些知识对人类健康有着重要的影响。约瑟夫·麦克莱恩摄

黛安娜摇了摇头。三性恋的安排其实并没有什么不同。三种性别——雄性、雌性和雌雄同体——是许多生物“计划的一部分”。甚至有一个词来形容它:trioecious。

谢克斯指出,雌雄同体在自然史上有着丰富、多样和杰出的地位。

“这在无脊椎动物中很常见,”她说。“自我繁殖的雌雄同体不太常见。想想蚯蚓:它们是雌雄同体,但仍然需要两个,因为性行为的方式,它们不能自我繁殖。”

她说,其他生物体表现出顺序雌雄同体。牡蛎和其他贝类随着年龄的增长从雄性变成雌性。她解释说:“在一些生物体中,当‘群体中的领导者’死亡时,另一个人会改变性别成为新的领导者。”

谢克斯是威廉玛丽学院生物系的教授。她和她的合作者一直在研究红毛线虫,这是一种对雌雄同体有完全不同看法的线虫。她是《当代生物学》上一篇论文的合著者,该论文研究了这种蠕虫奇怪的三性生殖策略背后的遗传学。

“我们说的是三种性别,”她解释说。“有雄性和雌性,也有雌雄同体。它们的身体看起来像雌性,但它们既能产生卵子,也能产生精子。”

像大多数动物一样,人类的繁殖依赖于标记为X和y的性染色体。人类女性是XX,男性是XY。男性产生的X和Y精子的比例是50:50,获胜的精子最终决定了孩子的性别。

沙克斯解释说,与孟德尔遗传学一致,个别家庭的男女比例可能不是50:50,但总体人口保持在这一水平。在rhodensis中,雌性和雌雄同体都是XX,而雄性只有一个X而没有y。这个物种不仅有三个性别,而且它的遗传模式混淆了孟德尔遗传学的预测。

她说:“我们已经发现,罗登花已经发展出了偏离基因规则的方法,特别是在如何处理其X染色体方面。”

Shakes是《异种线虫中X染色体分离的性别和配子特异性模式》的作者之一,该论文发表在《当代生物学》杂志上。合著者还包括现就读于德雷塞尔大学(Drexel University)医学院的15年级硕士莫琳·法雷尔(Maureen Farrell)和前威廉与玛丽生物学系高级研究员彭妮·萨德勒(Penny L. Sadler)。这项工作部分由美国国家科学基金会资助。

在之前的研究中,谢克斯和他的同事们发现,雄性罗登花的精子产生细胞劫持了一个通常用来使精子流线型的细胞程序,以产生只携带x染色体的精子。因此,当雄性与雌性交配时,它们只产生雌性后代。

“如果这还不够疯狂的话,在这项新的研究中,我们发现雌雄同体也在操纵基因骰子,”她说。

谢克斯解释说,标准的遗传规则预测,XX个雌雄同体应该产生1X个卵子和1X个精子。他们发现,rhodensis雌雄同体打破了这些规则,产生了有两条X染色体的精子和没有X染色体的卵子。

“我们仍在研究它们是如何做到这一点的,但这种设置产生了相当有趣的遗传学,”她说。

雪克斯解释说,rhodensis是完全和真正的三性物种。雌雄同体可能是自我繁殖的,但它们在性方面也很多才多艺,很乐意与同类的雄性和雌性交配。

“当雌雄同体通过自我受精产生后代时,它们通常会产生XX个雌性和XX个雌雄同体,”她说。“然而,当雌雄同体与雄性交配时,1X个雄性精子与没有x个卵子的结合就会产生大量的雄性后代!”

三性的rhodensis本身就是一种有趣的动物,但科学家们对线虫染色体分离的奇怪现象的探索对人类健康具有重要意义。

“染色体分离”指的是在减数分裂(产生卵子和精子细胞)和有丝分裂(产生新的身体细胞)中DNA链的探戈。当染色体分离的舞蹈不同步时,不好的事情就会发生。

“在大多数情况下,染色体分离异常会导致胚胎在最初几周内自然流产,”谢克斯解释说。“我们听到的是那些存活下来的。当然,最著名的是唐氏综合症,其中一个微小的染色体有一个额外的拷贝。”

除了胚胎发育中的失误,谢克斯还指出,染色体分离错误在许多癌症的发展中也引起了人们的注意。

“如果你观察一个癌细胞,会有奇怪数量的染色体。你会有断裂和重新连接的染色体,诸如此类的事情,”她说。“当你从良性肿瘤转变为恶性肿瘤时,发现染色体分离缺陷是很常见的。”

线虫为人类遗传学的研究提供了一个极好的代理。人类和模式线虫秀丽隐杆线虫的基因数量大致相同,其中许多基因在功能上是相同的。

然而,谢克斯注意到秀丽隐杆线虫的基因组更加紧凑,每个细胞的DNA更少。线虫只有6到7条染色体,而人类有23条。线虫基因组的相对紧凑性使得秀丽隐杆线虫成为第一个进行基因组测序的多细胞生物。

“它成为了人类基因组计划的工作模型,”她说。“C。秀丽隐杆线虫大约有2万个基因。了解到这一点是一种谦卑的经历,因为它的基因数量和人类差不多。”

但是这两种线虫是有区别的。秀丽隐杆线虫有两种性别,而不是三种——雄性和雌雄同体。对于rhodensis来说,有三种性别给了它额外的繁殖策略。在rhodensis中,雌雄同体具有制造卵子和精子的能力,并且伴随着一个专门的,发育崎岖的幼虫阶段。

“这些雌雄同体是探险家,”雪克斯说。“它们去寻找一个新的食物区,当它们到达那里时,它们可以自己繁殖。在它们崎岖的幼虫阶段,它们具有帮助它们抵抗环境压力的特征,并且它们表现出最大限度地分散它们的行为。”

自交受精的雌雄同体的适应性优势是显而易见的。没有乏味的择偶和求爱之类的废话。如果你是一只在荒岛上孤独生活的雌雄同体蔷薇花,你不会活太久的。后代的DNA当然都是纯你的。

但这些优势是要付出代价的。自我受精的雌雄同体不能赋予其后代来自雄性雌性繁殖的遗传多样性,而从长远来看,这对后代是有益的。

雌雄同体自助性生活的另一个缺点是,对于雌雄同体来说,在崎岖不平的幼虫阶段的经历推迟了性成熟的开始。Shakes解释说,雄性和雌性从胚胎到性成熟需要三到四天的时间,而雌雄同体的幼虫程序需要整整一天的时间才能成熟。

“在三四天的背景下,一天是很重要的,”她说。“所以,如果你生育雄性和雌性,它们会更快地为你生育后代。”

雪克斯说,她对三性rhodensis繁殖策略的假设可以概括为精明的进化对冲赌博。

“我认为这个物种是一个赌徒,”她说。“它总是在赌生活是会变坏还是会变好。”

这些赌注采取了后代性别混合的形式,沙克斯解释说:“最终的目标是尽可能多地生育曾孙。”

一群线虫的美好生活是非常基本的。沙克斯总结道:“我有很多细菌可以咀嚼,我的后代也会有同样的细菌——但环境可能会很快改变。”

当生活美好时,男女混合会有回报。当情况开始变得更糟时,蠕虫会想要繁殖出许多强壮的雌雄同体,这些雌雄同体会到更广阔的世界去探索新的食物区,并建立新的殖民地。

“奇怪的是,我们实际上对它们在野外的行为知之甚少,”她说。“这方面的研究并不多,但有很多特征表明,在野外,有很多雌雄同体。”

沙克斯说,rhodensis在野外只被发现过两次。一个在康涅狄格州,另一个在弗吉尼亚州的阿巴拉契亚。这两个标本都被发现与其他动物有关,一只死蜱和一只甲虫。她说,这些顽强的、善于探索的线虫可能对交通运输感兴趣。

“它们可能不会感染那些甲虫或蜱虫,但它们实际上会坐在那里,在空中连动。他们想被一只昆虫抓走。他们想骑马。它们只有一毫米长,只能爬这么远。”“如果它们能被甲虫、蜱虫或其他什么东西捡到,它们就能走得更远。”