在人類中，起到區(qū)分個體性別的主角就是性染色體：X和Y染色體。人類是二倍體生物，其染色體都是成雙成對存在的，每對染色體都是幾乎沒有形狀差異的孿生姐妹。但是X和Y這一對性染色體就顯得有點離經(jīng)叛道了：按照從大到小的染色體編號模式，在23對染色體成員中，X染色體應(yīng)坐在第8把交椅上，但是與它搭檔的Y染色體只有它大小的三分之一，甚至比最小的22號染色體還要小一點。
如果你是女性，性染色體是一對XX，那么一切正常，在女性細胞的復(fù)制與繁殖中，X染色體的行為和其它22對常染色體基本上沒有差別：一樣的兩兩互補配對，重組交換，你中有我，我中有你，彼此間朝著消弭差異的共同方向行事。但是一旦Y染色體加入遺傳信息的陣營，性染色體變成一對XY，一切就改變了。Y染色體的個子太矮，根本無法與它的搭檔X染色體進行完全的配對與重組互換，得委屈X染色體弓下腰來彎成一個圓環(huán)，然后蜻蜓點水一般與小Y染色體在頂端少量地配對、重組互換一下。這樣的交換對于維護Y染色體長久的穩(wěn)定性是不夠的，因為在染色體的遺傳規(guī)律中，如果沒有重組互換的行為發(fā)生，就意味著走上滅亡的道路。那么Y染色體是如何保持長久穩(wěn)定性的？這個秘密直到2003年才被科學(xué)家揭開，原來Y染色體的獨特之處在于能夠自身進行基因的重組互換。
除了模樣與行為上的不同以外，在攜帶的基因種類與數(shù)量上也有巨大差異。如Y染色體攜帶有啟動男性形成發(fā)育的關(guān)鍵基因：SRY基因，在X染色體上沒有這樣的基因。X染色體能夠攜帶2000到3000個基因，可憐的Y染色體只能攜帶20到30個基因。并且，Y染色體上的核苷酸序列看起來根本就是一堆毫無意義的垃圾山，很難找到基因的寶藏。這樣的特性一度令人類基因組測序計劃阻滯不前。
性染色體在女性和男性細胞中具有這樣巨大的差異，會不會因此造成遺傳的紊亂呢？生命從來就是一個高度平衡體，女性細胞為了維持X染色體上的基因劑量與男性的一致，在普通的生活細胞中選擇其中一條X染色體蜷縮起來，就像將不用的衣服裝進衣櫥，并掛上一把鎖，封存。這個高度蜷縮而失去表達活性的X染色體就是所謂的“巴爾氏小體”。
充滿痛苦的進化歷程
Y染色體并不是一開始就存在的，而是基因突變的產(chǎn)物。在3億年以前，性染色體X和Y的原始祖先與一般常染色體并無不同，在遺傳過程中也都正常地進行著DNA的復(fù)制、染色體的聯(lián)會及同源基因的重組互換。3億年前的某一天，在其中一條原始性染色體上一個叫SOX3的基因發(fā)生突變，變成了名為SRY的基因。SRY基因是現(xiàn)代Y染色體上決定男性性別的關(guān)鍵基因。
科學(xué)家們是怎樣推斷出這發(fā)生在遙遠的3億年前的事件的呢？動物分類學(xué)為此做出了重大的貢獻。爬行動物的性別不是由性染色體決定的，它們通常由環(huán)境決定。例如烏龜、鱷魚等，在陽光充足的水灘上發(fā)育成雄性；在陰涼的背陰環(huán)境下發(fā)育成雌性。比爬行類高級一點的是哺乳動物中的單孔類動物，如著名的鴨嘴獸、針鼴等。單孔類動物是具有Y染色體的最古老動物，它們的性別不再是簡單地由環(huán)境決定。而哺乳動物與爬行類動物的分支進化發(fā)生在3億年前，所以科學(xué)家們推斷出Y染色體出現(xiàn)在那個年代。再應(yīng)用分子生物學(xué)上的分子進化鐘來估計，發(fā)現(xiàn)X和Y染色體上的SOX3基因與SRY基因也有了3億年的分家史。
SOX3的基因突變成了SRY的基因后，又發(fā)生了一個染色體倒轉(zhuǎn)事件，使本是同根生的SOX3基因（在X染色體的底部）與SRY基因（在Y染色體的頂部），河漢相隔，老死不相往來。染色體倒轉(zhuǎn)是染色體內(nèi)部區(qū)段發(fā)生重組的一種較常見方式，這種行為常常導(dǎo)致染色體上基因的位置發(fā)生重新排列。而在Y染色體上發(fā)生的倒轉(zhuǎn)基因又不像X染色體一樣還可以在雌性的細胞中得到孿生姐妹的修復(fù)幫助，所以這些倒轉(zhuǎn)了的區(qū)段還常常被Y染色體自身給切除掉了，結(jié)果隨著時間的流逝，在沒有備份可以彌補的情況下，可憐的Y染色體失掉了越來越多的基因，變得越來越萎縮，到今天只有X染色體的三分之一。
在我們的鴨嘴獸祖先出現(xiàn)了Y染色體后，這條執(zhí)意走獨木橋的Y染色體就常常發(fā)生各種各樣的基因倒轉(zhuǎn)和刪除事件，使得Y染色體上的基因越來越與眾不同。在人類中的雄性中，Y染色體上只有兩頭的部分還保留著與X染色體進行重組互換的能力，而雌性的兩條基因分布均一的X染色體在所有的部位仍進行著充分的重組互換。
就這樣，從沒有差異的原始性染色體，經(jīng)過了3億多年的進化以后，Y染色體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，在功能上也變得更加專一，成為啟動雄性發(fā)育的扳機。
漫長的沖突
有意思的是，通過基因突變而產(chǎn)生的Y染色體與X染色體并不是一對天作之合，而更像是一對互不相讓的冤家對頭。
X和Y之間的禍根最早在3億年前埋下的。當(dāng)時，一個基因的突變阻止了相同大小的X和Y染色體間的物質(zhì)交換。它們各自的突變越多，因失去交換而產(chǎn)生的差異越大，就好像一個逐漸變成了濕潤的南方水鄉(xiāng)，另一個卻因干燥成了廣袤的北方旱地。這時原本功能相同的一個基因在“水鄉(xiāng)”的Y染色體上時可以用鈣造出堅硬發(fā)達的雄性頭角，在“旱地”的X染色體上時卻用它們來造營養(yǎng)豐富的乳汁。性別的差異就這樣開始形成，并且為了使各自的性別得到進一步的強化，X和Y染色體招募了更多有利于性別凸顯的基因，最終形成了維護性征的遺傳大本營。
這樣的大本營中的基因成員對對方的成員一點都不友好。Y染色體上對雄性有好處的基因?qū)Υ菩詤s常有壞處；反之X染色體上對雌性有利的基因總是企圖摧毀雄性的特征。例如最近發(fā)現(xiàn)的一個在X染色體上的基因DAX與Y染色體上的SRY基因——男性性器官發(fā)育及精子生成的重要開關(guān)基因——就是一對恩怨不絕的對手。在正常男性細胞中，一份DAX基因會禮讓一份SRY基因，男性特征正常顯現(xiàn)，但在極少數(shù)基因異常的男性細胞中，他們的X染色體上有兩份DAX基因，這時DAX基因就會攻打SRY基因了，并輕易地就將SRY基因給打敗了，這樣的人即使細胞仍然為XY型，但長得跟女人一模一樣。
在生物體中，戰(zhàn)爭的機器一旦被制造出來，馬上就會啟動。性染色體之間的斗爭有時候簡直就是將對方置之死地而后快，決不姑息。因為雌性有兩條X染色體，雄性有一條X一條Y，所以當(dāng)雌雄兩對染色體相遇時，有四分之三是X，只有四分之一是Y。這樣，X染色體進化出攻擊Y染色體能力的可能性，是Y染色體進化出攻擊X染色體能力的可能性的3倍。Y染色體上的所有基因都可能受到層出不窮的X基因的攻擊，最后Y染色體丟盔棄甲，只得把絕大部分已被瞄準(zhǔn)的基因“關(guān)閉”或者切除。這就是Y染色體越來越短，越來越“沉默不語”的深層苦衷！
這場曠日持久的戰(zhàn)爭使Y染色體如此萎縮，在遺傳上又是如此活力不夠，以至于生物學(xué)家們一度對它的看似必然消亡的命運擔(dān)憂不已。世界上研究Y染色體的權(quán)威專家戴濰？佩奇在那段預(yù)示不妙的日子里，在他的茶杯上親自寫下這樣的話“拯救男性”。
Y染色體頑強自保
然而，令科學(xué)家沒想到的是，Y染色體還有極頑強的一面。
Y染色體的確雖然是人類所有染色體“書本”中最為短小的一本，但它的內(nèi)容并不容易被人類掌握。在人類基因組測序計劃初期，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，Y染色體的中間區(qū)段有太多太多的重復(fù)基因和沒有任何生理功能的惰性基因，要想從片區(qū)域鑒定出某個具體基因，實在是一件叫人發(fā)瘋的事情。一位致力于Y染色體研究的科學(xué)家形象地說，分析Y染色體上的基因，就像讓你走入一個由鏡子搭起來的小屋里，到處都是一個相同而成鏡像的影子，甚至無法辨清天花板和地面。
直到2003年，科學(xué)家才搞清，Y染色體上大量的“影子”基因?qū)嶋H上就是一些所謂的遺傳密碼的回文結(jié)構(gòu)。例如ABCDEFG和GFEDCBA就構(gòu)成了一對回文結(jié)構(gòu)，也可以說互成鏡像。曾經(jīng)使科學(xué)家們懊惱不已的鏡子，又成了使他們順利踏入Y染色體神秘殿堂探求秘密的通道。
這些讓人無法辨別的“影子”基因，竟然在保證弱小的Y染色體億萬年不再繼續(xù)退化做出了巨大貢獻。其它所有染色體都具有與其孿生伙伴配對重組互換的能力，Y染色體則只能在兩端與它的伙伴X染色體重組互換而得到修復(fù)與保存。那么Y染色體中間區(qū)段如何保持它的長久穩(wěn)定呢？原來，就是依靠這些回文結(jié)構(gòu)，小小的Y染色體可以從中間彎起來，讓自身對等回文部位配對并發(fā)生重組互換，如果中間某個基因不幸突變，他就可以從它對面的回文備份中得到修復(fù)。
真是特立獨行的Y染色體，在缺少孿生伙伴的情況下，竟然以自力更生的方式得以保全自己的身家性命！
因合作而拯救
然而，基因的對抗升級是一件很危險的事。我們很容易理解一個集體中的成員不達成默契的合作，必定會使集體的利益受到損害。長久不絕的基因戰(zhàn)爭必定使戰(zhàn)爭的受害者——人體的生存狀況走向式微。如果所有X染色體上的基因都想殺死含有Y染色體的精子，人類將不再有男子，最終也使X染色體上的基因失去了繁衍的機會。所以X與Y之間幾億年前就開始的戰(zhàn)爭到了后來漸漸平息下來，演變成一個非常理智而微妙的游戲——這就是被威廉阿莫斯等人發(fā)現(xiàn)的“有選擇地清掃”的游戲規(guī)則。經(jīng)過漫長的年代，在Y染色體基本屈服以后，X染色體只會時不時地清掃Y染色體上那些與自己雷同的基因，而譬如SRY這種控制男性化的罕見基因，在正常細胞中，X染色體從來不去打擾它（但異常時X染色體偶爾也會露出其本來的崢嶸面目，要對SRY基因攻擊一番，譬如前面所說的X染色體上有兩份DAX基因時）。那些行使“清掃”功能的基因是一種推動人種女性化的基因，如果沒有SRY 基因向男性化扳回的平衡作用，人類的性別最終也要失衡。
當(dāng)然，有人又該問了：為什么在Y 染色體的兩端存在著的與X染色體相同的可以互換的基因沒有受到“清掃”呢？答案很簡單，這些基因——數(shù)量大約為5個——不是性別決定的專門基因，他們的功能僅用來維護細胞的基本生命活動，也就是一些“看家基因”，所以似乎沒有必要清掃。
從一定意義上來說，X與Y染色體之間長達數(shù)億年的戰(zhàn)爭以Y染色體的妥協(xié)而告終，并使Y染色體變成最弱小的染色體。但就這個看似很可憐的小家伙，今天卻成為人類社會的主宰力量，真是令人不可思議。(生物谷Bioon.com)
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