很多人對全球變暖帶來的生存威脅持懷疑態(tài)度。殊不知，在澳大利亞的大堡礁地區(qū)，一場由全球變暖引發(fā)的危機正在劇烈上演。
近期一項新的研究發(fā)現(xiàn)，不斷上升的氣溫幾乎使大堡礁所有的綠海龜都變成了雌性。據(jù)統(tǒng)計顯示，海龜中99.1%的年幼海龜為雌性，99.8%的亞成體海龜同樣是雌性。在近20年來，這個區(qū)域幾乎沒有雄性海龜出生。而科學家認為，如果繼續(xù)這樣下去的話，該區(qū)域將出現(xiàn)“純雌龜”的種群，導致這一切的罪魁禍首就是全球變暖。除了海龜以外，科學家發(fā)現(xiàn)氣候變暖也會影響其他生物的性別。那么，動物界中有哪些有趣的性別決定因素呢？氣候變化會不會使這些受溫度控制性別的種群滅絕呢？與我們?nèi)祟愒谑芫褧r就確定性別不同，海龜?shù)男詣e是由孵化時的溫度才確定的。研究發(fā)現(xiàn)在孵化的過程中，當溫度高于30.3℃，就會孵出雌龜；當溫度低于28℃時孵出的都是雄龜。只有當溫度介于28到30.3℃之間時，才能孵化出雌雄比例接近的龜寶寶。理論上來說，如果海龜?shù)纳鏈囟瘸^30.3℃，它們的種群便全都發(fā)展成純妹子了。別以為只是海龜對溫度敏感，自然界中的很多魚類也會隨著氣候變暖發(fā)生變化。比如當水溫升高后，歐洲鱸魚的魚群就會不約而同地“由女變男”，朝著“純爺們”的種群方向發(fā)展。無獨有偶，2017年西班牙科學家證實了當溫度升高后，雌性的斑馬魚性也會紛紛“男性化”，變身成為雄性斑馬魚，最后的宿命便可能成為一群“男光棍”。這種用溫度決定生男生女的機制被稱為溫度決定性別機制（Temperature-dependent sex determination，TSD）。1966年，美國生物學家里克·查爾諾夫首次發(fā)現(xiàn)了，普通鬣蜥的性別與卵的孵化溫度有關。近半個多世紀的研究，科學界總結出了孵化溫度與性別的關系有三種，它們分別是：以海龜為代表的FM（Female-Male）模式，即是高溫產(chǎn)雌性后代，低溫產(chǎn)雄性后代；以鱷魚為代表的MF模式，即是高溫產(chǎn)雄性后代，低溫產(chǎn)雌性后代；此外，還有FMF的模式，即高低溫均產(chǎn)雌性后代，中溫產(chǎn)雄性后代。伴隨著研究的深入，人們也發(fā)現(xiàn)這種靠溫度決定性別的機制，是自然界中有效的進化機制。它和我們熟知的性染色體性別決定機制一樣，決定著生物的性別。對爬行動物而言，溫度對其性別的影響遠比人類想象得有趣。很長一段時間內(nèi)，科學家認為每一種爬行動物只會選擇一種性別決定機制，即不是靠遺傳，就是靠溫度。但其實，爬行動物能從染色體遺傳決定，轉到由溫度決定。也就是說，爬行動物可以通過后天的努力改變自己的性別。2015年，Holleley等人對鬃獅蜥（Pogona vitticeps）的研究，就發(fā)現(xiàn)了這個神奇的性別反轉現(xiàn)象。鬃獅蜥是一種生活在澳大利亞東部地區(qū)的蜥蜴，每當遭受威脅時，它就會以張開嘴及將帶刺的咽喉膨大作展示動作，因而得名。對我們?nèi)祟惗裕捎玫氖荴Y性別決定系統(tǒng)，通常女性的性染色體為XX，男性的則為XY。而鬃獅蜥則擁有完全相反的ZW性別決定系統(tǒng)，即雌性具備兩種不同的染色體（ZW），而雄性有兩種相同類型的染色體（ZZ）。不光是鬃獅蜥，自然界中的鳥類，一些爬行動物以及昆蟲的性別亦是如此。只不過奇特之處在于，擁有ZW染色體的蜥蜴永遠都是雌性，但擁有ZZ染色體的蜥蜴卻可雄可雌。研究者在實驗室里設置了不同的孵化溫度，并對新出生的小鬃獅蜥進行了基因和性別檢查后發(fā)現(xiàn)，在正常溫度下，機會孵化出來的鬃獅蜥的基因特征和其表現(xiàn)出來的性別是一致的。然而那些在較高溫度下孵化出來的鬃獅蜥產(chǎn)生了性反轉，有50%個體的性別與基因型不一致。比如原本基因型是雄性（ZZ）的蜥蜴，卻發(fā)育成了雌性。每當孵化溫度越高時，含有雄性基因（ZZ）的雌性鬃獅蜥就越多。此外，經(jīng)歷過性別反轉的雌性蜥蜴產(chǎn)下卵的數(shù)量，約是雌性基因ZW母親的兩倍，并且它們產(chǎn)下的后代也更有可能發(fā)生性別轉化。這可能會導致雌性蜥蜴在整個蜥蜴族群中過剩。看到這里，我們不免會產(chǎn)生一個疑問：溫度究竟是如何控制性別呢？目前科學家發(fā)現(xiàn)，爬行動物胚胎里的性腺其實并沒有明顯的雌雄差異。但在胚胎發(fā)育期間，高溫會阻止蜥蜴雄性睪丸的發(fā)育，同時促進雌性卵巢的發(fā)育。這是因為溫度的改變會影響胚胎的性激素含量，性激素含量的變動則影響類固醇激素含量，類固醇激素則會影響性腺的發(fā)育。然而在自然條件下，爬行動物自身也會產(chǎn)生類固醇激素，影響性腺發(fā)育，進而出現(xiàn)性別分化。
另一方面，我們知道基因的表達過程需要大量有生物催化功能的酶參與，讓細胞按照某種形式完成各種生命過程。而溫度的高低也會影響酶的活性。比如在高溫下，染色體上的蛋白質就可能會失效， 這樣一來就會影響DNA中各基因的開啟和關閉，轉錄翻譯出不同的蛋白質，從而決定性腺的發(fā)展方向。如今科學家仍在繼續(xù)探索溫度使動物集體變性的奧秘，毫無疑問這是一個十分有趣的自然現(xiàn)象。然而，隨著全球氣候變暖卻不得不讓我們擔憂，會不會影響它們的種群？有人會說，過去的10萬年地球不就是經(jīng)歷了好幾次平均氣溫的大變化嗎？可這些靠溫度決定性別的爬行動物不是生存下來，何必杞人憂天呢？但這其實可能是因為氣溫的變化相對比較慢，從而它們有充足的時間來調(diào)整它們的孵化時間和周期，從而適應了這種氣候。其中一個可能的適應反應是通過選擇合適的巢穴來減小溫度變化帶來的影響。比如錦龜就是借助于選擇合適的巢穴來消除氣候變暖的影響的。如果某年的冬季比前一年的溫暖，雌性會比前一年更早地筑巢。2014-2018年全球平均溫度與1951-1980年基準溫度對比，依據(jù)美國國家航空航天局戈達德太空研究所的數(shù)據(jù)。
然而今時不如往日，現(xiàn)在氣候變暖的趨勢已經(jīng)似乎已經(jīng)超過它們的適應速度了。比如2013年在Genome Biology上發(fā)表的文章中稱，平均溫度上升1℃就會導致錦龜朝著100%“女性化社會”發(fā)展。由于對溫度過度敏感，雄性龜很有可能面對絕種的危險。另有一項研究指出，如果全球氣候變暖的趨勢繼續(xù)下去，就有可能導致像鬃獅蜥這樣的物種雌雄比例嚴重失調(diào)，最后滅絕。因此，我們不能只是期望這些動物靠自身的努力來消除這種影響，更重要的是嘗試著去減輕全球氣候變暖的現(xiàn)狀。如果氣候繼續(xù)變暖，誰能保證這些靠溫度決定性別的動物不會孤獨終老呢？Holleley C E, O'Meally D, Stephen D. et al. Sex reversal triggers the rapid transition from genetic to temperature-dependent sex[J]. Nature, 2015 , DOI: 10.1038/nature14574.In the Wild, Lizard Sex Determination is Climate-Sensitive
Ribas L, Liew W C, Díaz N, et al. Heat-induced masculinization in domesticated zebrafish is family-specific and yields a set of different gonadal transcriptomes[J]. PNAS, 2017, DOI:10.1073/pnas.1609411114.Shao C W,Li Q Y, Chen S L, et al. Epigenetic modification and inheritance in sexual reversal of fish[J]. Genome Research, 2014, DOI:10.1101/gr.162172.113.溫度升高改變性別，這事兒也是科學？作者：祝葉華（清華大學環(huán)境科學與工程專業(yè)博士）知識分子 2017/03/21
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