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什麼是男子漢：基因本質和行為表像, 轉載| 徐元直 |
發表於： Feb 27 2004, 19:27
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 攤抖首領  發表數： 7,913 所屬群組： 君主 註冊日期： 9-18-2003 活躍：57 聲望：4177  |
什麼是男子漢：基因本質和行為表像
饒毅 xys.org 飲食男女，這些很平常的事物，其道理卻不簡單。比如，對於性別，我們不 僅不知道其起源，我們也不完全清楚有性繁殖的必要性，實際上，目前地球上就 還存在許多無性繁殖的生物。 性的生物學研究是一個很有趣的領域。低等有機體如屬於原核生物的細菌就 有了性別。不同有機體確定性別有不同方法,從分子基礎到生物行為都不是一樣 的、也有不固定的。有些生物的性別因為溫度或者濕度不同而不同,有些雌雄同體, 有些生物主要由父親負責帶小孩,等等好奇現象,所以人類的性別及其有關機制和 行為都只是萬千生物狀態的一種。 決定男子漢本質的染色體及其怪異特性 這裏主要介紹男子漢的原理研究。人類世界裏，多種文化和社會有較長期的 歷史對“男子漢”有特別的稱呼和解釋。不過,對“男子漢”的生物本質的理解 還不到50年。雖然對其他生物的性別瞭解的時間要長一些,可是對人類男性決定 的關鍵Y染色體是到1959年才發現;到2003年，科學家們測出人Y染色體的DNA序列。 對男性的基因研究不僅有些結果有趣，還出現過一個科學家在研究過程中敢於承 認錯誤，並繼續不斷研究的故事，表現出符合一般傳統定義的“男子漢” 行為。 每個正常人幾乎全部遺傳信息都存在於細胞核的46條染色體裏(線粒體裏面 還有少量)。這其中44條沒有性別差異,稱為常染色體，而剩下兩條是有性別差異 的性染色體:一條是X，一條是Y。女性有兩條X (記為XX），男性有一條X，一條Y （XY）。在進化過程中，X和Y是來源於常染色體，最初X和Y沒有差別,而以後Y特 異化,能夠確定雄性,並且以後還從X得到一些基因。所以要簡單說，也可以說是 男性起源還依賴於女性(而不是聖經上所謂女性來源於男性一根肋骨)，不過，人 類用的這套性別系統，不是首先起源於人類、而是幾億年前（在還沒有人的時候） 起源於低等的動物。 人(和哺乳動物)的Y染色體還要其他怪異特性。把Y和其他染色體粗粗比較起 來,它好像是一個總要“出人頭地”的顯性染色體:只要有它，不管有沒有X，都 是男的。而相比而言，有沒有X不能完全確定性別，還要看有沒有Y，好象X要看Y 的臉色似的。Y染色體又是自私的，它的主要目的是使自己傳代，而不太照顧其 它染色體。Y的存在只對Y自己重要,而其他染色體卻都對集體有積極貢獻。包括X 在內的所有其他染色體在男女兩性都存在,母親的X染色體既可以傳給兒子也可以 傳給女兒,而只有Y染色體拉幫結派: 只在男性裏面有,只從父親傳給兒子。 Y是唯一一個對個體生存不必要的染色體，人如果沒有X，或者沒有其他任何 一對常染色體,人出生不了、在胚胎期就會死亡。而沒有Y染色體卻對個體生存沒 有關係，比如女性都沒有Y，卻照樣可以健康長壽。其他染色體一般互相依靠， 但是它們不依靠Y染色體。 Y染色體是最不合群的染色體。所有其他染色體都有遺傳物質互換(重組):常 染色體44條是配成22對,每對之間有DNA重組。X染色體在女性配對也可以重組。 只有Y染色體特殊,它只存在於XY這樣的場合,而它卻在絕大部分區域不能和X重組。 有重組可以使染色體上出現壞的突變後容易被進化選擇來淘汰，從而保持染色體 的“活力”。可是，在進化過程中，Y染色體為了保持它所特有的決定男性的功 能，它的重要區域和X染色體重組率減低到沒有，這樣Y染色體不能有效地更正錯 誤、不斷出現缺損，到現在人類Y染色體除了末端很少一段可以和X染色體重組以 外,絕大多數區域的Y染色體都不能和X染色體重組。結果是現代人的Y染色體已經 比X染色體小很多了。 Y染色體依靠其他染色體、卻既不和其他染色體有一樣規模的重組、也不顧 其他染色體的意見。在一定意義上，可以說Y染色體好象是個寄生蟲似的。 尋找決定男子漢的基因本質 1959年生物學家發現Y染色體決定人（和老鼠）的男性特徵後，人們就想知 道Y染色體上面有什麼特定區域、特定基因是決定男子漢的關鍵。到1975年， Wachtel等提出Y染色體上有一個組織相容性抗原的基因H-Y和男性決定有關。這 個假說流行近10年,到1984年被McLaren等證明是錯的。 80年代美國麻省理工學院的佩基(David Page)領導的實驗室用現代分子遺傳 學方法尋找確定男性的基因。1986年他們發現Y染色體上一特定小段含有決定男 性的基因。1987年他們認為這段裏面一個特定的基因ZFY是決定男性的基因。這 個結論的關鍵一步是靠一個病人的情況來確定的。這個病人表徵是女的，可是染 色體看上去是XY（不是正常女性的XX），原來她的Y染色體有異常：佩基等發現 她的Y上面有一小部分缺失,他們推斷這個缺失就應該包含了決定男性的基因，因 為缺了這樣的基因，即使有Y染色體的其他部分，也不能產生男性特徵。佩基等 在對應于這個缺失段的正常男性Y染色體發現了ZFY基因。這個結果發表後，引起 很大興奮。隨後幾年，他們和其他一些人在人和其他哺乳類甚至鳥類做了多個實 驗，結果雖然不能證明，但是和ZFY就是確定哺乳類男性基因的結論是一致的。 有許多學校和大小不等的科學會議都請佩基去演講、介紹他們的工作。 在一陣熱鬧中，澳大利亞的Sinclair實驗室1988年有一個和其他人不一樣的 發現：袋鼠類的ZFY基因不在Y染色體上，而且根本不在性染色體上，而是在常染 色體上。這個結果可以是因為ZFY不是確定男性的關鍵基因，也就是說，佩基提 出的得到當時許多結果支持（但沒有證明）的結論是不對的。但是，這個結果也 可以是因為袋鼠類不用ZFY來確定性別，已知動物性別確定機制在進化過程被發 明過好些次，每次機制是可以不同的，比如果蠅的Y染色體沒有確定雄性的基因。 ZFY到底是不是哺乳類男性的決定基因呢？1990年，澳大利亞女科學家 Marshall Graves 和英國的Lovell-Badge兩個實驗室發現另外一個基因SRY。這 個基因最終有多個證據表明是決定男性的基因，比如：如果XY的人其SRY基因一 個關鍵堿基突變，就會變成女性，如果把SRY基因導入本來應該是雌性的老鼠， 可以使她變成雄性。 那麼，佩基的ZFY是怎麼回事呢？原來，他們資料來源的病人比較特別，她 的Y染色體不僅在佩基1987年看到的區域有缺損，還在另外一個區域有缺損，而 後一個區域包含了SRY，她的SRY缺損是變成女性的原因,而佩基1987年發現的ZFY 是在另外那個缺損區域,ZFY雖然缺損了,但這不是她變女性的原因。這樣一個壞 了兩段的病人比較少,分析一個區域後就做結論,讓研究走了彎路。 受挫折以後的男子漢 一個被科學界和一般社會重視的結論，被證明是錯誤的，對科學家來說，一 般不是很好受。其後許多年，佩基從學術界邀請的“熱門”人物，有相當的降溫。 但是，佩基並沒有退出積極的科學研究前沿。首先，佩基實驗室1990年不是 堅持錯誤，而是自己報導出錯的原因（兩個缺損中他們先撲向了一個錯的）。其 後，他們開始的其他研究，特別是Y染色體的基因組學研究。從1992年開始,他們 發表人類Y染色體的小段圖譜,2001年發表全部圖譜。 2003年6月19日, 佩基實驗室和華盛頓大學基因測序中心的合作者們,發表了 Y染色體DNA序列及其分析。其中很多有趣和重要的發現。染色體測序的文章對於 一般人包括一般生物學家來說,常常沒有什麼趣味,而Y染色體測序結結果也許是 迄今人類基因組測序中結果最有趣的。也可以說這些文章的發表使佩基等科學家 從十多年前重大挫折的陰影中走出來了。 Y染色體上95%是男性特異區域,裏面含和男性有關的基因,通共有156個轉錄 單位,有78個編碼蛋白質的基因,最後是27個完全不同的蛋白。約10%的基因是近 幾百萬年才從X染色體移到Y染色體上來,還有20%是更早以前來自於X染色體,其餘 是一些回文結構。象中文詩詞玩文字遊戲一樣,DNA的回文也是順過來和倒過去讀 都是一樣的序列。佩基等發現Y染色體的男性特異區域重複有回文結構,這是以前 科學家們沒有預計到的。在技術上,重複結構給測序帶來很多困難。在科學上,這 些重複回文結構的發現對於理解Y染色體有很大幫助。 我們提到,Y染色體特怪,不和其他染色體進行DNA重組來交換遺傳物質的。不 重組導致遺傳物質缺乏活力,不斷積累壞的突變、又不能有效獲得好的變化。這 是Y染色體不斷走向滅亡的主要原因之一。佩基實驗室的研究發現:Y染色體重複 有許多回文結構的序列,並且這些重複的回文結構有DNA重組能力(具體說叫“基 因轉換”),Y染色體自己的一段和另外一段之間進行重組,這樣靠自我重組來獲得 活力。這是第一次知道Y染色體在其男性特異區域有重組,以前這段DNA被稱為非 重組區域,現在也就改名叫男性特異區域了。這個自我重組能力是進化過程中Y用 來自救的重要機制。大規模的基因轉換在每一代男孩出現,是新發現,而且猜想常 染色體和X染色體上說不定也有些區域有基因轉換,給其他染色體也可能增加“活 力” 。 Y染色體的命運：滅頂之災 也許可以把Y染色體比喻成最不懂事的少年。和人類所有的其他染色體相 比,Y是最年青的,它也將會是最早消亡的染色體,也就是說:Y是最短命的染色體。 在進化過中，動物低等到一定程度以前沒有我們人類這樣的Y染色體,比如果 蠅雖然有Y染色體,它卻和人類的Y沒有關係,而且也不是決定果蠅性別的原因。果 蠅性別是靠比較X染色體和常染色體的比率來確定的。人類所用的Y染色體,是大 約三億一千萬年到一億七千萬年前開始和X染色體有不同。那時是在鳥類出現以 後。大約一億七千萬到一億三千萬年前,本來用於腦發育的SRY基因被Y染色體竊得, 開始被專門用於確定男性。以後因為Y染色體的自私行為,為了保持和鞏固男性特 異的基因,不斷壓制這個區域和其他染色體的重組,導致整個重組能力下降,下降 以後不能有效更正出問題的DNA,使DNA不斷變壞和縮短,而且本來全世界的Y和X比 起來就是低於一比三的劣勢,能活動的範圍小。幾個原因綜合起來,結果是Y染色 體為了男性這一項而固執蠻幹,其他基因和序列不斷減少,到現在Y和它的”同伴” X染色體比起來大小已經差的很遠了:人X上有約一千五百個基因,Y上面不過幾十 個基因。有朝一日Y染色體會失去決定男性的基因SRY。在有些鼠類動物,事實上 SRY基因已經沒有了。照它我行我素的行為,可以預計整個Y染色體也可能會消亡。 2002年澳大利亞女科學家Marshall Graves推算:人類Y染色體滅亡的時間不出一 千萬年。 佩基等發現Y有自我重組以後,Y染色體滅亡的速度肯定要比以前預計的慢,有 位美國男科學家Hawley趕快說:Y染色體消亡是大大誇張的謠言。不過有疑問是:Y 的自我重組效率一定能高到成功改變它終將滅亡的下場嗎? 綜合起來,可以比喻說: Y染色體貌似強大,要自己單獨決定性別,是因為它實 際上“心理”不安,怕滅亡。而Y染色體的不合群、不和X重組、專顧自己的自私 行為又正好是它滅亡的原因。Y只好用自我重組來試圖挽救自己的命運。 不過如果沒有SRY或者Y染色體全部消亡後,人類就會免遭男性存在的騷擾嗎? 如果有人抱這樣的希望,可要失望了。預計即使SRY沒有以後,會有其他基因來決 定男性,而現在的Y染色體沒有以後,可以有其他的染色體或者機構來確定男性。 所以如果人類能夠度過沒有Y染色體帶來的災難的話,那將有極大的變化,出現種 屬變化,也就是說那以後的“人”,和我們現在的人,不是同一種屬了。 最後得說明,本文對男子漢這樣的辭彙完全沿用傳統定義,需要得到現代男女 平等主義者的諒解。說佩基勇於承認錯誤,而且堅持研究的行為是男子漢的行為, 不是暗示女子不會有這樣的行為,只不過是作者沒有創造新辭彙的能力而偷懶借 用傳統辭彙而已。最後附帶一個關於比較動物基因組的笑話,說是如果比較DNA序 列,那麼男人和女人的差別可能要大於男人和男猩猩的差別,不過數量的差別,也 許沒有質量的差別重要:不在於差多少,而在於差別在哪里。不相信這個說法的男 人可以和雄猩猩相處一定時間,如果發覺比和女人相處更容易,發個什麼文章、吸 引人們的口頭引用率可能不會低。 Jacobs PA and Strong JA (1959). 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