温度如何决定某些爬行动物的性别?

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堪培拉大学应用生态研究所的博士候选人 Alex Quinn 为我们理清了这个难题。

爬行动物的性别决定机制大致分为两大类:基因型性别决定 (GSD) 和温度依赖型性别决定 (TSD)。

基因型组的物种,如哺乳动物和鸟类,具有性染色体,爬行动物的性染色体主要有两种类型。许多物种——如几种龟类和蜥蜴,如绿鬣蜥——具有 X 和 Y 性染色体(再次,像哺乳动物一样),其中雌性是“同配型”,即具有两条相同的 X 染色体。另一方面,雄性是“异配型”,具有一条 X 染色体和一条 Y 染色体。其他受 GSD 控制的爬行动物有一个类似于鸟类系统的系统,具有 Z 和 W 性染色体。在这种情况下——控制所有蛇类物种——雄性是同配性别 (ZZ),雌性是异配性别 (ZW)。


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然而,在温度依赖型性别决定中,胚胎发育关键时期的环境温度决定了卵发育成雄性还是雌性。这个热敏感时期发生在卵产下之后,因此这些爬行动物的性别决定受制于影响巢穴中卵群的周围环境条件。例如,在许多龟类物种中,来自较冷巢穴的卵孵化后全部为雄性,而来自较温暖巢穴的卵孵化后全部为雌性。在鳄鱼物种中——研究最多的是美洲短吻鳄——低温和高温都会产生雌性,而中等温度则选择雄性。

一种广为接受的观点是,温度依赖型性别决定和基因型性别决定是互斥的、不相容的机制——换句话说,爬行动物的性别永远不会同时受到性染色体环境温度的影响。该模型表明,温度敏感型爬行动物的胚胎没有发育成雄性或雌性的遗传倾向,因此早期胚胎在进入发育的热敏感期之前不具有“性别”。

然而,这种范式最近受到了挑战,新的证据表明,某些爬行动物物种的性别决定可能确实同时涉及性染色体和温度。显然,在两者都发生的动物中,某些孵化温度可以“逆转”胚胎的基因型性别。例如,有一种澳大利亚石龙子蜥蜴,其基因型受 X 和 Y 性染色体控制。这种蜥蜴卵发育期间的低温会使一些基因型雌性 (XX) 逆转为“表型”雄性——因此它们只有功能正常的雄性生殖器官。因此,在该物种中,既有 XX 雄性也有 XY 雄性,但雌性始终是 XX。在澳大利亚龙蜥中发现了这种温度诱导性别逆转的一个稍微不同的例子,它具有 ZW 性染色体系统。在该物种中,卵发育期间的高孵化温度会将基因型雄性 (ZZ) 逆转为表型雌性;因此雌性可以是 ZZ 或 ZW,但雄性始终是 ZZ。

孵化温度和性染色体相互作用以决定性别的爬行动物可能代表了完全 GSD 和完全 TSD 这两个终点之间的“过渡”进化状态。完全有可能存在其他爬行动物物种,它们的染色体性别温度逆转情况更为复杂。当然,有许多已知的鱼类和两栖动物的 GSD 例子,在这些例子中,高温和低温都可能导致性别逆转。在这些情况下,所有基因型(从 ZZ 和 ZW 到 XX 和 XY)都容易受到极端孵化温度的逆转。

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