高温可能导致胚胎鬃狮蜥改变性别

澳大利亚中央鬃狮蜥的生活并不轻松。这些鳞片状的生物必须抵御高达 113 华氏度的极端高温，经受长达数年的干旱和降雨周期，并避免被野猫、狐狸或其他蜥蜴捕食——任何可能抓住它们的东西。

生物学家认为，可能是这些恶劣的环境导致龙需要更多的后代，并发展出一种不寻常的进化特征：通过染色体和温度依赖性来产生雌性的能力。现在，通过基因测序，生物学家开始了解使这一现象成为可能的古老细胞机制，正如发表在《PLOS Genetics》上的研究结果所示。

波哥那龙可以通过基因性别决定产生雌性，即染色体决定性别，就像人类一样。但它们也可以经历温度依赖性性别逆转，即雄性胚胎的染色体在高温下孵化时被覆盖以产生雌性。

温度究竟如何决定性别的问题一直很棘手。温度依赖性性别决定在鱼类和爬行动物中很常见，最早发现于 20 世纪 60 年代，尽管不同物种之间的差异很大。这些新的研究进展开始解析环境影响性别和其他特征发展的复杂方式。

通过对两种雌性胚胎在不同发育阶段的mRNA进行测序，遗传学家发现，有两种不同的初始遗传途径，这两种途径最终会汇聚在一起，在雌性龙中产生形态相同的卵巢，无论它们的性别是由基因决定的还是由温度决定的。

但尽管两种雌性都能繁殖和产卵，但性反转的雌性往往比拥有雌性染色体的龙更能生育，行为也更大胆、更具攻击性。“它们实际上有点像这些物种的第三性，与雄性和正常雌性截然不同，”这项研究的主要作者、堪培拉大学进化发育生物学研究人员莎拉·怀特利 (Sarah Whiteley) 说。“这是一个非常有趣的系统——相当不寻常。”

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细胞机制的作用是感知环境变化并向细胞发出信号，然后引发基因的一系列变化，这些变化可能导致性别决定的结果。这项研究表明，高温会导致细胞内钙离子和氧化还原调节的变化，这是一种可以改变基因表达的特定细胞信号。

去年，科学家们开发了一个新框架，用于理解细胞内触发各种物种温度依赖性变化的机制，强调钙和氧化还原信号是这些过程中的关键元素。令人兴奋的是，该框架预测的钙和氧化还原信号（称为钙还原假说）正是鬃狮蜥性逆转的触发因素。

这项研究可以帮助生物学家了解温度如何决定其他鱼类和爬行动物的性别。它甚至可以帮助科学家了解温度变化如何影响人类基因功能，因为所有真核生物（细胞含有 DNA 的生物）都具有感知和应对环境中此类变化的机制——这种现象称为表观遗传学。

鬃狮蜥的性染色体实际上是微型且分化程度较低的微染色体，表明它们是最近才进化的。因此，遗传学家推测，鬃狮蜥的祖先使用了依赖于温度的性别决定过程，而这些过程的触发因素仍然存在于现代爬行动物的基因中。

“基本上，如果存在某种选择优势，使对环境更加敏感，那么这些因素就一直存在，可以作为进化的素材，”怀特利说。“所以我们怀疑，虽然我们这个物种——龙——已经进化出了这些性染色体，但这些允许温度敏感性的机制仍然存在。”

随着新技术的发展，基因测序变得更便宜，同时也更复杂，这方面的研究也蓬勃发展。但还有很长的路要走。“考虑到它发现的时间如此之久，我们现在似乎应该明白这一点了，”怀特利说。“但在很多方面，我们仍处于起步阶段。”