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受精不是随机的 抉剔的卵子选择具有最好基因的

发布时间:2017-11-27 00:00

长期以来,在讨论受精时,卵子通常被描述成被动参与者,耐心地等待第一批精子到达并闯入。11 月 20 日,西北太平洋研究所科学家们的研究表明,受精过程中,卵子并不像想象中那样被动。挑剔的卵子能够主动选择拥有最佳基因的精子,以获得最健康的后代。而精子们似乎不具备这种检测坏基因的能力。

这项研究否定了孟德尔受精随机的定律,也颠覆了科学家们将传统的性别角色投射到受精过程中,认为卵子只能被动受精的描述。在接受《量子杂志》的采访中,西北太平洋研究所首席科学家 Joe Nadeau 阐述了他为什么认为卵子在受精过程中其实更活跃的理由。他举了一些例子,证明受精不是随机的,卵子和精子之间的某些特定配对比其他的更为常见。

在 Nadeau 教授的实验中,他培育了一种雌性小鼠,携带一个正常卵子的和携带一个会增加睾丸癌风险的基因突变的卵子。雄性小鼠的基因全部正常。这两种小鼠生育的后代符合孟德尔定律,变异基因随机分布在后代小鼠中。

在第二个实验中,Nadeau 教授将设置反转。他让雄性小鼠携带了致癌的基因突变,而雌性小鼠的基因正常。这次,只有 27% 的后代小鼠携带变异基因,而根据孟德尔定律的预期,比例应为 75%。

研究人员发现,出现这种现象不是因为携带致癌基因突变的小鼠胚胎早期流产死亡,而是因为携带致癌基因的精子没有成功受精。

史密森热带研究所行为生态学家 WilliamEberhard 将这种现象称为“神秘的女性选择”。

卵子和精子到底是如何做到的,科学家们尚不清楚。Nadeau 博士认为有两种可能性。

一种原因认为,B 族维生素的代谢率在精子和卵子中不同,如叶酸这种重要的信号分子。而这些分子在受精过程中起着重要的作用。信号分子的变化可能会影响精子和卵子相互吸引的程度。

另一种理论认为,精子在卵子完全成熟之前会呆在女性的生殖道中。而精子的存在会影响卵细胞分裂,从而使卵子的基因尽可能与精子相匹配。

“一旦卵子和精子相遇,后代的性别就被决定。卵子和精液做了多么不可思议的事情。”意大利帕多瓦大学进化生物学家 Andrea Pilastro 说,他是该领域的专家。

在体外受精的物种中,我们更容易观察受精过程,如鲑鱼和鳟鱼。2013 年,一份来自东安格利亚大学的研究表明,女性的卵子被卵巢液包裹,卵巢液中含有能吸引特定基因的精子的化学物质。

本月初,科学家发现,在加拿大太平洋沿海,海胆的卵子可以在一群不同雄性的精子中选择自己喜欢的伴侣。在这项研究中,Levitan 博士让不同的雄海胆产生大量精子,把他们集中到同一个试管内的海水中,然后再用注射器注入大量未受精的雌海胆卵子。

“我们此前预测一个卵子一般只会让同一只雄性海胆的精子进入,然而实验中却发现,卵子在接触到精子和受精之间这段短短的时间内,会有不止一只雄海胆的精子同时进入。”莱维坦博士说。

这是首个确凿的证据,表明来自不同雄性的精子会争夺同一个卵子,这也意味着卵子有选择的机会。当多个雄性海胆的精子同时到达一个卵子时,卵子可以选择其中一个识别蛋白最合适、最健康的精子。这个选择的过程可以刺激识别蛋白进化,最终导致生殖隔离,而且在某些情况下,产生全新的物种。

“精子和卵细胞这种相互作用会驱动种族间、种族内和不同物种之间的差异。”Levitan 博士说。“我希望更多人对精子和卵子的这种相互作用产生兴趣,这样我们能更好地了解这种互动在体内受精和体外受精的物种中有多普遍。”

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