揭秘自然界中动物为什么会雌雄共体?

双性体非常稀有,且外形奇特,因此受到蝴蝶收藏家的喜爱。它们是大自然对称交响乐中的异常音符。这些家伙也颇受科学家欢迎,因为它们提供了难得的机会,可以在同一个身体上研究典型的雄性和雌性基因。

蝴蝶

蝴蝶

数百年来,自然学家已经在昆虫、蜘蛛、龙虾和鸟类身上发现了许多双性体。最近,研究者借助渐趋精密的实验手段来研究这些混合生物体,并推翻了关于性别发育的统治性理论。这在科学史上再一次证实,这些相对于我们预设的分类,过于奇特和不对称的生物,能够告诉我们许多奥秘。例如,它证明了关于鸟类雌雄分化的一般解释是错误的。科学家是通过研究极少数的双性体,而非大量的正常鸟类获得这个认识的。故事从一只奇特的斑马雀(ZebraFinch)开始。

斑马雀

斑马雀

20世纪90年代,洛克菲勒大学(RockefellerUniversity)的一位动物管理员经常在一个只关有雄性斑马雀的笼子里发现鸟蛋。为了查明是谁下的蛋,她把所有鸟都分隔开来。结果发现,是一只看起来与其它鸟颇为不同的家伙下的蛋。它身体右侧是典型的雄鸟特征:橙红色的脸颊、条纹状的颈部、翅膀附近是带有白色小点的漂亮褐斑。而它身体的左侧明显不同:除了黑白色的脸部和米色的胸部外,几乎全是灰色的——这是典型的雌性羽毛。

当意识到这家伙是个双性体时,这群鸟的主人、洛克菲勒大学神经科学家弗尔南多·诺特博姆把它送给了以前的学生、洛杉矶加里福尼亚大学的阿特·阿诺德(ArtArnold)。他觉得,从事研究性别差异的阿诺德,或许能够从这只鸟身上学到点什么。

一直以来,科学家们都假定,鸟类的雌雄分化方式与哺乳动物是一样的:它们的胚胎是无性的,由于性别染色体的不同而发育出睾丸或卵巢。再由睾丸和卵巢分泌出荷尔蒙,促使机体发育成为不同的性别。现在研究显示,这个说法过于简单了。

鸟类

鸟类

根据这条线索,阿诺德和他的同事决定把这只双性鸟的大脑切开来看看。通常雄性斑马雀大脑中有一个神经回路网,专门负责雄鸟学习求偶的鸣唱。因此在雄鸟大脑中,包含此回路的大脑区域要比雌鸟大脑中的相应区域大。假如性别发育主要取决于荷尔蒙的话,那么这只鸟身体内的每个器官,都会沐浴在由它睾丸和卵巢同时分泌的两种不同性别荷尔蒙调成的“鸡尾酒”中,因此双性体大脑中的每一部份大小都应该是相同的。

但是,阿诺德小组发现,这只双性鸟大脑中负责鸣唱的区域,其右半部的比左半部大82%。为了作更深入的分析,研究者将其大脑切片,并浸泡于少量放射性RNA溶液中。RNA可以与Z或W性别染色体(相当于人类的X和Y染色体)结合。浸泡后的切片被放置于摄影板下,结果显示,其大脑右半球主要由包含两种Z染色体的雄性细胞组成,而左半球细胞则完全是雌性Z、W染色体排列。因此是性别染色体,而非荷尔蒙,一个细胞一个细胞地决定了大脑的命运。“双性体改变了我头脑中的一些非常基本的科学教义,”阿诺德说。“大脑细胞并非是由荷尔蒙来书写性别的白板。它们事先就已经被写好了。”

鸟类动物

鸟类动物

21世纪00年代中期,迈克尔·克林顿(MichaelClinton),爱丁堡大学的发育生物学家,开始研究从英国家禽农场收集来的双性鸡。这些鸡的一侧长得像雄性:拥有白色和金色的羽毛、红色的垂囊,以及腿部的长角状突起。另一侧它们又是雌性特征:棕褐色的羽毛,以及远小于雄性的突起和垂囊。

克林顿和他的小组在分析了它们血液、皮肤和肌肉细胞中的DNA后发现,它们不仅是简单地分成了两半。和不寻常的斑马雀大脑一样,它们整个身体象是在细胞级别上就被分开了。它们一侧身体拥有许多雌性ZW细胞,另一侧主要是雄性ZZ细胞。但是也不是绝对地一分为二。它们更像是一个内部有两个空间且分别装了两种不同软糖的罐子,虽然大部分软糖都存在于自己的空间里,但有时候又会混起来。