对人类而言,B超或染色体检查可预测胎儿性别,但在部分动物种群中,提前剧透胎儿性别却无需诸多繁杂的技术手段,仅通过测试“产房”温度,就可断“男女”。这种温度决定雌雄的繁殖机制被称为温度决定性别机制(Temperature-dependent sex determination,TSD),依赖这种机制的爬行动物和鱼类,如鳄类、蜥蜴、龟鳖类等,温度是其“生男生女”的“操刀手”。
而随着全球变暖被越来越多的科学证据所证实,问题也随之而来:温度升高会改变某些动物种群的性别比例吗?
动物的性别通常被认为由性染色体决定,温度决定性别机制的发现颠覆了这一理论。对部分爬行动物和鱼类而言,“生男生女”爹妈没有话语权,一切得看“产房”温度。1966年,美国生物学家里克·查尔诺夫首次发现,普通鬣蜥的性别与卵的孵化温度有关。这在当时是爆炸性新闻。
因为,一直以来,哺乳动物和鸟类的性别均由受精卵的基因类型决定,在基因复制的过程会产生总数相当的雄雌个体,但为什么温度的改变会影响鬣蜥的性别?基因决定作用是否失效?还有哪些动物的性别是由温度操控?在查尔诺夫颠覆性发现的基础上,科学家们提出了一个又一个疑惑。
这一连串问题在20世纪80年代有了答案:动物学家发现,某些爬行动物的性别由异型性染色体决定,但对于那些不存在异型性染色体的动物,它们的性别则主要受环境影响。对未发现存在异型性染色体的爬行动物来说,孵化温度起决定性别作用。1980年,美国学者吉姆·布尔在他的著作《性别决定机制演化》中也阐述了这种温度决定性别机制。自此,科学家开启了下地入海的搜索行动,力求通过更多的科学数据证明这一颠覆性理论。
“温水煮青蛙”是人们常挂在嘴边的一句话,现在看来,温水还可以煮出更多“光棍”。有研究表明,随着水域温度的升高,部分由基因表达决定性别的鱼类,开始冲破基因“指令”,朝着由温度定雌雄的方向发展。外部环境和遗传基因共同决定着欧洲鲈鱼的性别,而温度的升高可能会催生更多的雄性鱼,打破其种群的性别比例。
2011年一篇发表在PLoS Genetics上的文章指出,在欧洲鲈鱼早期发育的决定性时期(尤其是在性腺没有分化或没有开始形成的时刻),温度对性别形成的影响最大。水温升高后,鱼群会朝着“全男性”的种群特性发展。温度升高诱导触发芳香化酶基因沉默的机制,可能是产生这一现象的原因。芳香化酶是一种能将雄激素转变为雌激素的酶,它在所有非哺乳类脊椎动物卵巢发育中至关重要。
如果没有芳香化酶,就不会有雌激素,卵巢就更不可能发育,而丧失“女性特质”的幼鱼,貌似只能朝着“纯爷们”的路子前进。
高等生物的性别决定机制和性染色体的起源和进化,一直是生物学界的研究热点。研究发现,对行鳄鱼、蜥蜴和海龟这类爬行动物而言,温度有时是其种群内男女比例的决定因素。
2015年,一篇发表在Scientific Reports的文章称,将美国短吻鳄蛋的孵化温度设定为33℃,孵出的主要为雄性鳄鱼;而孵化温度为30℃时,孵化出的鳄鱼则主要为雌性。一种名为TRPV4的热敏蛋白是造成这一现象的主要原因,TRPV4热敏蛋白存在于卵内发育的鳄鱼性腺中,它会对周围环境产生温度效应,从而通过诱导钙离子流入来激活细胞信号传导,进而影响美国短吻鳄雄性的性别决定通路。
性别的形成是生物进化过程中一次飞跃性的变化,对增强物种适应性具有重要意义。现阶段的研究成果显示,温度升高会改变某些物种种群内的性别比例,造成僧多粥少或肉少狼多的局面,但这种改变究竟会带来何种影响,科学家还所知甚少。
自然界物种众多,不同物种对温度的敏感程度不同,2015年,悉尼科技大学研究人员发表在Global Change Biology上的文章揭示,因温度升高造成的珊瑚鱼种群中性别比例的偏差会在其繁衍两代后恢复平衡。不过这种偏差的恢复仅限于平均温度小幅上升(升高1.5℃),如果平均温度升高超过3℃,则会对其种群内性别比例的可塑性带来毁灭性伤害,无论种群此后再繁衍多少代,也于事无补,无法恢复。