未來沒有男性?Y染色體正在消失,每100萬年失去4.6個基因

2020-12-20 怪羅科普

人類細胞有23對染色體,其中22對是常染色體,還有一對是性染色體,男性的是XY,女性的則是XX。

性染色體決定了男女的不同,X染色體上具有大約1000個基因,Y染色體與之相比就少多了,只有45個。

一個嬰兒出生前是男是女取決於他(她)體內是否有Y染色體,可以說,Y染色體是雄性的唯一性象徵。

但現在有一項研究表明,隨著時間的流逝,Y染色體上的基因正在逐漸減少,這意味它可能喪失對性別的決定性作用。

那麼,Y染色體真的會「消失」嗎?一旦它們消失是不是人類男性也會隨之消失,而僅剩女性?

圖為:遠古哺乳動物

性染色體是怎麼來的

其實,性染色體並非自古以來就有,而是在生物進化史中的某個時刻突變來的,由於是有利突變所以保留了下來。

當第一批哺乳動物在100億至2億年前進化時,他們是沒有性染色體的,或者說他們的性染色體與常染色體沒有任何區別,無論是大小、結構還是功能。

我們可以認為這些古老的動物是不需要性染色體的,那它們沒有性染色體的話如何區分雌雄呢?

這個問題可以從現存的生物中找到答案,比如鱷魚的性別受孵化時溫度的影響,還有一些冷血的脊椎動物則是雌雄同體。

在某一時刻,某個遠古哺乳動物的祖先發生了等位基因的變異,只要擁有這對等位基因的個體就會成為雄性。

經過漫長的演化後,這對等位基因中的一個基因所在的染色體最終變成了Y染色體,另一個基因所在的染色體變成了X染色體。

從一對常染色體進化成性染色體可以更好的適應有性生殖,而且能更有效的傳遞遺傳物質,這是它做為有利突變的主要表現。

圖為:Y染色體只剩下45個基因

Y染色體為什麼退化

Y染色體的退化不是從最近開始的,而是自遠古時代常染色體變成性染色體後就一直在緩慢進行。

人類的Y染色體原本擁有1438個基因,但現在只有45個,在演變的過程中有1393個基因丟失了。

X染色體有著良好的基因「保存率」,那為什麼Y染色體「留不住」基因呢?這可能是因為它太「另類」了。

基因是會發生突變的,其中許多突變是有害的,染色體可以通過彼此重組(基因重組)而避免將這些有害突變傳遞給後代。

圖為:基因重組示意圖

減數分裂期間,父系和母系染色體會隨機混合併兩兩成對,這種隨機配對可以有效消除掉有害的突變。

從1到22號染色體都可以進行這種有益的配對,但Y染色體和X染色體由於相似性不足而無法重組。

也就是說,Y染色體上可能積累了很多的有害突變,但卻沒有染色體能幫它化解,久而久之,這些發生有害突變的基因就會被淘汰掉。

生物總是精打細算從不多一分,染色體上的基因一少,基因的載體染色體也就越來越小了。

人類男性是否會消失

隨著基因的減少Y染色體也變得越來越小,如果有一天基因變為零,Y染色體完全消失,是否意味著人類男性也會自此消失?

這聽起來是個合理的疑問,但沒有Y染色體雄性一定就會消失嗎?好像並不是這樣,地球上就有現成的例子。

一些嚙齒類動物比如鼴形田鼠和刺鼠就已經失去了它們的Y染色體,但它們依舊有雄性和雌性之分。

我們通常認為性染色體是非常重要的物質,如果一個人有Y染色體那他就是男性,如果沒有就是女性。

但其實不是這樣的,研究表明有95%的男女性之間的差異實際上並不取決於性染色體,例如在6號常染色體上就發現了一種與女性發育有關的基因。

嚙齒類動物沒有Y染色體卻也能辨別雌雄的奧秘何在呢?其實是它們進化出了「新的性染色體」,也就是說原先性染色體上的功能被別的染色體給「接管」了。

人類的Y染色體發展方向更可能與此類似,而不是Y染色體消失後就沒有決定雄性性別的基因了,從而沒有男性了。

生命的神奇之處就在於它的完整性:不多一分,不少一件,多了的會慢慢消失,少了的也會慢慢補上。

最後

Y染色體上的基因的消失速率大概是每100萬年丟失4.6個基因,按照這個速度推算,大約在1000萬年後Y染色體會完全喪失功能。

這顯然是個極其漫長的過程,這樣的突變我們可能是沒機會經歷了。但興許有人出生時的確具有新的性染色體,那一定是件神奇的事。

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    相同父母所生的男孩和女孩相比,如果按基因組的長度來算,那肯定是媽媽貢獻大;但如果按基因的種類來看,X和X上的基因是一致的,但Y染色體有27個特別的編碼基因,是X染色體沒有的,從這點看,男孩要比女孩多27個來自爸爸的編碼基因。這樣看爸爸對兒子的基因貢獻好像比媽媽大一些。