素材：Y染色體的起源、進(jìn)化與消亡-高一下學(xué)期生物人教版必修2

Y染色體的起源、進(jìn)化與消亡男女在正常情況下帶有23對染色體，每對染色體都是由兩個相互匹配的染色體組成的。男人與女人不同的一點(diǎn)是，他的染色體配對中有一對是由一個X染色體與另一個個頭較小的Y染色體組成的。女人則是由兩個X組成。孩子從父母染色體配對中各繼承一個染色體。他從母親那里繼承一個x染色體，從父親那里繼承一個x染色體或一個Y染色體。如果父親傳給他的是Y染色體，那他就是個男孩。如果你簡單地認(rèn)為Y=雄性，那你就錯了。有些人是XY染色體，然而她卻是地地道道的女性。也許你感到很驚訝，然而實(shí)際情況就是如此，這是因?yàn)橹圃觳G丸激素受體的基因發(fā)生了復(fù)制錯誤，結(jié)果他的性器官沒有可以顯示他是男性的信號。成為男人的關(guān)鍵條件并非取決于某些固定的一成不變的DNA片段。在整個脊椎動物的進(jìn)化歷史中，人類的雄性祖先至少可以追溯到5億年前，而Y染色體的出現(xiàn)不到3.1億年。目前創(chuàng)造雄性所必不可少的某些Y染色體基因其起源時間距今可能不到1.7億年。Y染色體上的所有基因可能只有數(shù)百萬年的壽命，然后它就會消亡。不要擔(dān)心，Y染色體消亡后，世界上仍會有男人。最令人不可思議的是，正是雄性本身造成了創(chuàng)造雄性的基因一步步走向死亡。Y染色體的起源時間與哺乳動物的祖先一樣古老。今天在幾乎所有哺乳動物身上，不管他是人類，還是大象，還是袋鼠，你都可以找到這種染色體。但是與哺乳動物關(guān)系最近的爬行類動物和鳥類都沒有Y染色體。爬行類動物和鳥類通過完全不同的方式來確定性別。比如：烏龜和短吻鱷產(chǎn)的卵并無性別之分，最終它們成為雄性還是雌性完全取決于它們孵化時的溫度。鳥與哺乳動物一樣也是通過染色體來確定性別，但它們的染色體與哺乳動物毫無關(guān)系。生物學(xué)家將鳥的生殖染色體稱為W和Z。人類的兩個x染色體確定了她的女性身份，而鳥的兩個Z相加則是雄鳥；一個Z和一個W相加則是雌鳥。除了哺乳動物，其他動物都沒有發(fā)現(xiàn)Y染色體，只有一種結(jié)論可以解釋這一現(xiàn)象：哺乳動物的祖先一定是在與鳥類和爬行類動物分化后單獨(dú)進(jìn)化出了Y染色體，古生物學(xué)家估計這一分化時間大約在3.1億年前。在過去幾年中，人類基因已被人們破解，人們掌握了Y染色體的種種怪異特點(diǎn)。Y染色體是染色體中的“侏儒”，它僅含有六萬個核甘酸(核甘酸是組成DNA的有機(jī)化合物)，而X染色體則含有16.5萬個核甘酸。差不多是Y染色體的三倍長。如果再看一下Y染色體上的功能基因數(shù)目，這一差別就更為明顯了。Y染色體只有50個功能基因，而X染色體是1500個。X染色體和Y染色體是表兄妹關(guān)系，都是從一個共同的基因配對進(jìn)化而來的。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在X染色體上有許多與Y基因非常相似的對應(yīng)基因。這一現(xiàn)象說明某些原始哺乳動物的一個染色體配對在以后的進(jìn)化中漸漸分化成X和Y?？茖W(xué)家們推測，染色體的分化始于其中的一個染色體獲得了一個能將哺乳動物轉(zhuǎn)變成雄性的基因之后。制造雄性個體是一個復(fù)雜的過程，可能需要數(shù)百個基因的共同合作，但是一個單個基因可以起到類似于觸發(fā)器的作用，它可以引發(fā)這一制造過程，使這一過程能夠繼續(xù)下去。1990年，皮特·古德范洛在人體中發(fā)現(xiàn)了這個觸發(fā)器：Y染色體上的一個基因，科學(xué)家們將其稱為SRY。如果一個Y精子攜帶了有復(fù)制錯誤的SRY，這個孩子就會發(fā)育成女性，盡管她是Y染色體。科學(xué)家們曾經(jīng)做過一個試驗(yàn)，他們從一只雄鼠身上抽去了SRY基因，將其加到母鼠受精卵的X染色體配對上，結(jié)果老鼠胚胎發(fā)育成了雄性。SRY控制性別選擇，不僅是在人類和老鼠身上，而且包括除單孔類哺乳動物之外的幾乎所有哺乳動物。遺傳學(xué)家們發(fā)現(xiàn)單孔類哺乳動物沒有SRY基因，此類動物是在1.7億年前開始與其他哺乳動物的祖先分道揚(yáng)鑣的。目前仍生存著的單孔類哺乳動物只有鴨嘴獸和食蟻獸，這兩種動物仍具有其遠(yuǎn)古祖先的明顯特征：生育方式是產(chǎn)卵而不是像其他哺乳動物那樣在體內(nèi)撫育，它們的體溫較低，而且波動也較大，這一切都帶有哺乳動物的祖先——類爬行哺乳動物的特點(diǎn)。遺傳學(xué)家們提出了一個與早期哺乳動物進(jìn)化有關(guān)的大膽設(shè)想。他們認(rèn)為在Y染色體出現(xiàn)之前，我們的祖先(某種早期哺乳動物，可能是一種類爬行哺乳動物)通過另一個系統(tǒng)來確定性別。在早期哺乳動物的X/Y染色體配對上有一種能夠以某種方式進(jìn)行復(fù)制的基因，這種基因漸漸演變成這樣一種形式，它偶爾能夠觸發(fā)制造雄性的基因網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)化成一種觸發(fā)基因。這種觸發(fā)基因不可能是SRY。雄性個體將這種觸發(fā)基因一代代遺傳下去，而制造雄性的原有方式則漸漸消失了。在這之間和之后，Y染色體變得越來越具有自身特點(diǎn)和獨(dú)立性。大約在1.7億年前，早期哺乳動物出現(xiàn)了分化，單孔類哺乳動物從中分化出來，繼續(xù)保持著這種Y染色體。或許，它們直到現(xiàn)在都是通過這種原始的觸發(fā)基因來繁衍后代。然而其他哺乳動物(有袋類和有胎盤類)的祖先則走了一條完全不同的進(jìn)化路線。其他哺乳動物在與單孔類哺乳動物分化后，在其Y染色體上進(jìn)化出-種完全新型的觸發(fā)基因。這種新型基因就是SRY，根據(jù)遺傳學(xué)家們的推測，它的起源時間距今不會超過1.3億年。自那時起，SRY基因就這樣一代代遺傳下來，直到較原始的觸發(fā)基因徹底滅絕。在60年代，生物學(xué)家蘇薩莫·奧諾提出了這樣一種觀點(diǎn)，他認(rèn)為隨著Y染色體的獨(dú)立，進(jìn)化促成了它的衰退。當(dāng)一個染色體上的基因發(fā)生變異時，他的孩子面臨著兩種可能性選擇，要么繼承了變異基因，要么繼承了那個沒有發(fā)生變化的染色體基因，這樣就縮小了變異基因在下一代的遺傳范圍。但是如果變異基因只發(fā)生在Y染色體上，它就會將這種變異基因完整地-代代在男性身上延續(xù)下去。隨著變異基因在Y染色體上越聚越多，Y染色體的作用力就會越來越弱，Y染色體會變得越來越不完整，最終走向滅亡。奧諾同時指出，到那時只有少數(shù)負(fù)責(zé)制造雄性的基因能夠存活下來。SRY觸發(fā)基因控制人類和哺乳動物的雄性制造過程至少已有1.3億年的歷史了，但這并不意味著此時它已止步不前了。正相反，SRY觸發(fā)基因和Y染色體上的許多其他基因遠(yuǎn)比其他染色體上的基因進(jìn)化快得多。變異基因?yàn)樽匀贿x擇提供了原始材料。雄性的繁殖力是衡量其生殖是否健康的關(guān)鍵，變異基因提高了他的生殖能力(使他變得對雌性更具吸引力或使精子游動更快)，從而為他提供了一個巨大的進(jìn)化優(yōu)勢。Y基因進(jìn)化得非?？?，但同時也帶來了很多副作用，最終將導(dǎo)致整個Y染色體的毀滅。Y染色體在數(shù)百萬年的進(jìn)化過程中一直在不斷地萎縮，它失去了幾乎所有原有基因。以制造精子的UBE1基因?yàn)槔瑤缀跛械牟溉閯游锒纪ㄟ^這種基因生成精子，我們遙遠(yuǎn)的祖先毫無疑問也是通過這種基因制造精子，然而科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)我們?nèi)祟愐约昂谛尚珊推渌`長目動物都缺乏UBE1基因?？茖W(xué)家們認(rèn)為大約在四千萬年前，我們的靈長目祖先丟失了UBE1基因。它的工作被另一個染色體的另一個基因所代替。進(jìn)化之路常常是既迅速又復(fù)雜，科學(xué)家們無法做出準(zhǔn)確的預(yù)測。然而，Y染色體的未來命運(yùn)卻顯而易見，自Y染色體誕生以來，每過一百萬年，Y染色體上就有三到六個基因滅失掉。以這個速度發(fā)展下去，Y染色體只有一千萬年的壽命了。然而，Y染色體的死亡并不意味著男性的終結(jié)。我們只要看一下鼴鼠的染色體就可以明白這一點(diǎn)。在西亞有兩種鼴鼠丟失了所有的Y染色體基因，事實(shí)上，它們已沒有了Y染色體。其中的一個種類，無論是雌性還是雄性只剩下沒有配對的X染色體；而另一個種類，無論雌雄都有兩個X染色體。無人知道鼴鼠在進(jìn)化過程中是如何成為第一種沒有Y染色體的哺乳動物的。但是它們肯定已在其他染色體上進(jìn)化出了負(fù)責(zé)制造雄性的新基因。其中的-種新基因接替了SRY的工作。假如