原标题:基因中的性别战争 雌雄两性果蝇都需要某个基因,但是用处却不同这样基因要如何进化?。

  原标题:基因中的性别战争 雌雄两性果蝇都需要某个基因,是用处却不同这样基因要如何进化?

  众所周知,当一个物种需要改变自身以适应特定需求时,进化会帮上大忙。但是,如果同一物种下的小群体有不同的需求时,要怎么办呢?

  如果这些小群体之间只有量上的差别,通常,这一物种会分离成新的亚种。但是在很多种情况下,差异存在于雌雄两性间这让新的物种形成变得几乎不能(除非你能干掉种群中所有的雄性,详见没有雄性,靠无性繁殖统治世界,这种小龙虾做到了!)。

  于是,进化的结果为,对雌性有利的基因与对雄性有害的基因斗争(反之亦然),最终达到了一种平衡。如今,们在果蝇中发现了这样的案例,不过这一次,他们找到了这场让基因斗争能够双赢的解决之道。

  在这个例子中,战争发生之地为一段含两个基因apollo和artemis(两者分别取名自希腊神话中的太阳神和月亮女神)的基因组。这两个基因不只是位置邻,他们在进化上也有同源性。大约二十万年,一个祖基因经过重复,诞生出了这两个基因。事实上,科学家们发现,还存在着一些祖基因未重复的果蝇亚种,这些果蝇就只含有一个该类基因。

  apollo基因承载着重要的功能。如果消除它,两种性别的存活率会下降1/3,并且存活的所有雄性都绝育。artemis似乎杀伤力更小,但消除之后,所有的雌性会绝育。由我们可以得出,这段祖先基因在两性繁殖中发挥着至关重要的作用;并且,由祖先基因经重复得到的两个基因,分别对应着雄雌两性。

  不过令人惊讶的是,两个基因的存在对于其相反性别是有一定伤害的。雄性若无artemis(对应雌性的基因),繁殖率竟会上升15%。雌性的apollo变异失去功能时,繁殖率会上升超过20%。这说明,当基因变异以不断的适应雄性的需求时,会同时干预雌性的繁殖,反之亦然。

  要如何解决这种伤害呢?在黑腹果蝇(一种标准的实验室用果蝇)中,我们发现apollo在雄性生殖细胞中的活性远远高于雌性,同样,artemis在雌性中也具有更高的活性。

  不过,我们还不清楚在上文提到个只含单个基因的果蝇亚种,要如何实现这种雌雄的平衡,毕竟不能让这单个基因只迁就一个性别。但是,我们在果蝇的其他亚种中发现,有的祖先基因甚至重复了三次以应对性别差异。并且在这些情况中,两个基因在雌雄两性中的表达活性均差异显著。

  那么这些基因的作用到底是什么呢?科学家们测得了dna序列,发现这些序列能翻译出一种蛋白质,在细胞形成纤维,构成了细胞的骨架。在雄性中,apollo转录出的这些纤维,在精子形成的最后一步细胞分裂中发挥了巨大的作用。而缺少artemis的雌性所形成的卵子,通常大而不育。并且这些基因还有一些其他重要的作用(还记得上文所述,1/3的果蝇因缺少该基因而死亡),人们尚未得知。

  这两个基因虽然同源性高,但在进化中产生了关键的差异。比如两者翻译出的蛋白质有数十个氨基酸的不同,并且这两个基因在复制时各自有新加入或删除的片段。这种关键的差异(尚未确定)可能在大约五万年前出现,由于其对果蝇非常有利,新基因迅速横扫并改变了整个种群。

  关于这类基因,很多细节有待研究,但是一整幅进化图已经明朗。这种机制还有望于在其他物种中也发挥作用,比如在哺乳动物中,卵子和精子的诞生也是两种截然不同的过程,这期间雌雄两性都需要着不同的蛋白质。

  而基因重复也在生命体繁殖中非常普遍,我们可以通过对比孩子和父母的基因观测到这样的结果。我们期待着进一步的研究,能为基因的奥秘揭开新篇章