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雌性蓝头濑鱼堪称鱼中花木兰 临危受命变男儿身

2019-07-23 16:51:40 来源: 网易科技 作者:
摘要:近日发表在《科学发展》杂志上的一项新研究揭示了一种名为蓝头濑鱼的加勒比海岩礁鱼如何从雌性转变成雄性的。

  原标题:雌性蓝头濑鱼堪称鱼中花木兰 临危受命变男儿身

  对于大多数动物来说,雌雄性别在出生时就是固定的,而且终生都会维持一种性别。不过也有例外,对于一些鱼来说,变性就像家常便饭一样简单。近日发表在《科学发展》杂志上的一项新研究就揭示了一种名为蓝头濑鱼的加勒比海岩礁鱼如何从雌性转变成雄性的。

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资料图

  为带领族群挺身而出的雌性

  蓝头濑鱼是一种群居性鱼类,通常是一只个头较大的雄性(头部呈现蓝色)统领着一群亮黄色的雌性。如果占统治地位的雄性被捕食者吃掉或老死之后,体型最大的雌性个体会马上开始改变性别来承担族群领导者的角色。

  这一变化过程可以说相当迅速。失去雄性后的几分钟内,体型最大的雌性个体就会开始承担起统领族群的责任,积极捍卫自己群体的领地,并向其它的雌性求爱。几小时后,它就会开始变色,10天后,它的卵巢就会转变成睾丸。整个性别转变过程就完成了,它就以雄性的身份继续领导着自己的族群。

  这项新研究的合著者,新西兰奥塔哥大学的分子生态学家艾丽卡·托德(Erica Todd)声称,这种鱼完美的进化出了性别转换的能力。它们能够在很小的时候以雌性的身份繁殖,改变性别之后又能够成功地以雄性身份进行繁殖。

  困惑了科学家数十年的变性之谜

  尽管多年的研究已经让科学家们了解了蓝头濑鱼和其它一些鱼类的这种性别转变能力,但他们不明白它们实现这种变化遵循的是什么机制。托德声称:“这是一个困惑了我们几十年的谜题。”

  为了解开这个谜团,研究人员将佛罗里达州基拉戈海域附近几个蓝头濑鱼鱼群中占统治地位的雄性个体带走。然后,他们分析了蓝头濑鱼在从雌性向雄性转化过程中,卵巢、睾丸和大脑的基因活动。他们将这种会改变性别的个体与性别固定的雄性和雌性个体进行了比较。

  这种性别变化本质上是由基因引起的

  虽然研究人员没有发现这些改变性别个体的大脑有什么显著的不同,但是他们发现,一旦占主导地位的雄性个体离开之后,这些替代者的生殖腺就会发生迅速而戏剧性的变化。第一个也是最引人注目的变化是芳香酶基因,这种基因肩负着制造雌性激素的责任。当雌性开始改变性别时,芳香酶基因会被关闭,因此它们体内只产生雄性激素。

  此前的研究表明,一种名为皮质醇的应激激素可以改变基因活性,并引发鱼类的性别变化。研究人员认为,“失去”保护群体的雄性领导者所产生的压力,可能会触发雌性体内皮质醇的释放,并停止释放维持卵巢正常运作的信号。

  相同基因的不同进化命运

  事实上,其它基因也在这一过程中有着令人惊奇的作用。研究人员发现,在3亿年前大多数鱼类的祖先都有比现在的鱼多一倍的基因,这种现象被称为全基因组复制。西班牙海洋研究所的分子生物学家劳拉·卡萨斯(Laura Casas)称,这意味着它们的每个基因都有两个。

  一开始每个基因与副本都是完全相同的,但是后来它们遭遇了不同的进化命运。最常见的是其中一个基因失去作用。但在某些情况下,它们会获得了一种新的功能,这也是foxl2和wnt4两种基因所发生的变化。

  研究小组发现,雌性蓝头濑鱼通常会保持其中一个基因的活性,帮助它们维持卵巢正常工作,另一个并不活跃。但是当雌性开始改变性别时,活跃的那个基因被关闭,而另一个基因副本被激活用来发育睾丸。

  卡萨斯称,虽然这并不是首次发现基因与副本之间有着完全不同的职责,但这是首次发现在雌雄同体的鱼身上,雌性体内的基因如何重新利用来实现性别的变化。这项新发现可能有助于解释为什么鱼类比其它脊椎动物更容易改变性别。

  DNA的甲基化过程

  研究小组还对控制基因开启和关闭的机制进行了探索,特别是在甲基化过程中附着在DNA上的那些微小化学标签。托德称:“这些甲基化标记在变性过程中会被积极地移除和替换掉。”

  卡萨斯表示,当前全球变暖的背景下,发现DNA甲基化参与了这一变性过程显得尤其重要。她声称,温度的升高会影响DNA的甲基化过程,也会影响其它物种的性别,因此海洋温度升高可能会改变那些性别变化鱼类的表观遗传标记。”

  卡萨斯认为这是一项非常出色的研究,但是在她看来,将这一研究结果推广到其它物种之前,还需要进行更多的研究。例如,《海底总动员》的主角——小丑鱼,但它们是从雄性变成雌性,而且它们的解剖结构和分子机制与蓝头濑鱼略有不同。

  托德和她的同事计划对其它物种性别变化的分子机制进行研究,比如说斑点鱼。斑点鱼原产于新西兰,与蓝头濑鱼的性别变化灵活性相似。她和她的团队已经成功地将这些鱼圈养起来,所以他们计划操纵这些鱼体内的DNA甲基化,看看它们能否阻止性别变化。

  托德声称:“研究鱼类如何改变性别可能会让我们更多地了解这些复杂的基因网络如何相互作用的,以及如何影响和维持它们的性别。当然我们所要研究的目标并不仅仅是鱼类,还有其它脊椎动物。”

  气候变化给物种性别带来的影响

  动物的性别变化除了天生,还有后天的影响,比如说除草剂以及气候变暖等外在因素导致的性别变化。其中最突出的就是青蛙、松狮蜥和绿海龟。

  青蛙性别变化的幕后黑手就是一种常见的除草剂——阿特拉津。这种除草剂能够流入到河流和湖泊中,给青蛙的发育造成危害,在抑制睾丸素分泌的同时增加雌性激素的分泌。这也导致越来越多的雄性青蛙正在变成雌性,而且发育出了功能完善的生殖器官。

  松狮蜥是一种讨人喜爱的澳大利亚动物,它们是在卵中进行性别转换的。有研究表明,当在孵化期遭遇气温上升时,雄性松狮蜥通常会逆转发育过程变成雌性。但也不是完全的转变,它们事实上仍然保留了雄性的基因,但却像雌性一样活动和繁殖。

  绿海龟的胚胎也对温度非常敏感。龟蛋所处沙滩的温度越高,雌性的孵化数量就越多。有研究表明,澳大利亚大堡礁附近海滩孵化的绿海龟,有99.8%是雌性。在更凉爽的南部海滩,雌性的孵化比例为65%。研究人员推断,如果雌性太多就可能出现“僧多肉少”的现象,最终导致海龟种群崩溃。

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