編譯 毛毛熊

我們被自己的成見蒙蔽了雙眼，原來卵子也可以主動(dòng)吸引具有特定基因的精子……

新的證據(jù)正在向最古老的遺傳學(xué)定律發(fā)起挑戰(zhàn)。

在傳統(tǒng)意義上，科學(xué)家們認(rèn)為的受精過程是這樣的：在受精過程中，數(shù)以百萬計(jì)的精子同時(shí)奔向等待在終點(diǎn)的卵子，這場游戲的最終結(jié)果是贏家通吃。然而，由于某些精子尾部形態(tài)畸形或缺失以及其他缺陷，很多精子停滯不前甚至從未離開過起跑線；還有一些精子缺乏足夠的能量完成穿越雌性生殖道的漫長旅程，或者被生殖道內(nèi)粘稠的液體阻礙從而無法到達(dá)終點(diǎn)?？傊?，只有最強(qiáng)壯的游泳者才能通過重重障礙。只有極少部分的精子能夠完成這一旅程，而最后究竟誰是勝利者還將取決于最后的沖刺。精子能否通過重重阻礙最終獲得勝利是隨機(jī)的，卵子只能被動(dòng)地等待，直到精子界的邁克爾·菲爾普斯（Michael Phelps）最終到達(dá)。

西北太平洋研究所的首席科學(xué)家喬·納多（Joe Nadeau）正試圖挑戰(zhàn)這一定論。隨機(jī)受精可以保證后代基因組合具有特定的比例，但是喬·納多在自己的實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)特例表明：受精可能不是隨機(jī)性的，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)某些配子基因的配對比例遠(yuǎn)超過隨機(jī)配對比例。在排除其他明顯不適合的解釋之后，他只能得出以下結(jié)論：受精根本不是隨機(jī)的?！斑@是一種會(huì)選擇伴侶的配子?！眴獭ぜ{多說。

他提出假說認(rèn)為：卵子可以主動(dòng)吸引具有特定基因的精子，也能拒絕一些具有其他特定基因的精子。長期以來，科學(xué)家們一致認(rèn)為卵子是一種順從的、溫順的細(xì)胞。相反，科學(xué)家們現(xiàn)在將卵子視為繁殖中平等和活躍的參與者，這為最重要的生命過程（受精過程）增加了進(jìn)化控制與選擇的層次。

主動(dòng)吸引精子的卵子

亟須改變的刻板印象

雌雄性別淘汰理論與查爾斯·達(dá)爾文一樣古老。在物種起源方面，達(dá)爾文以孔雀華麗的尾巴和麋鹿的巨大鹿角作為例子，說明這些特征可以幫助雄性炫耀從而來增加它們對雌性的吸引力的。在接下來的一個(gè)世紀(jì)中，生物學(xué)家們聚焦于性別選擇在交配事件中可能起作用的各個(gè)方面。交配后，此時(shí)雌性已經(jīng)做出了選擇，唯一的競爭便是精子游到卵子中。

1991年，紐約大學(xué)的人類學(xué)家埃米莉·馬?。‥mily Martin）在一篇論文中提出：在生殖過程中，男性起主導(dǎo)作用曾經(jīng)是生物學(xué)家普遍公認(rèn)的。

然而，從20世紀(jì)70年代開始，科學(xué)開始逐漸改變這種刻板印象。他們越來越發(fā)現(xiàn)“卵子和精液能做的事是不可思議的?！爆F(xiàn)任職于史密森熱帶研究所的行為生態(tài)學(xué)家威廉?！げ拢╓illiam Eberhard）記錄了雌性可能影響雄性受精的所有因素。雖然這是一個(gè)很長的清單，但科學(xué)家們?nèi)匀徊荒芊浅？隙ㄋ麄兪欠褚呀?jīng)記錄了一切因素。這些發(fā)現(xiàn)的遲來并不僅僅是因?yàn)樾詣e歧視。比如說，兩頭海象使用象牙進(jìn)行決斗很容易被觀察到；但觀察雌性生殖道中的精子與卵子之間的捉迷藏游戲卻難得多。

對于那些受精過程發(fā)生在體外的一些物種而言，雌性產(chǎn)的卵通常會(huì)被厚厚的富含蛋白質(zhì)的卵巢液包裹著。英國東安格利亞大學(xué)的馬修·蓋奇（Matthew Gage）2013年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，這種液體含有吸引正確的精子的化學(xué)信號。他們從鮭魚和鱒魚中提取卵子并分別與這兩個(gè)物種的精子混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)卵子與他們自身精子成功受精的概率是70%，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了隨機(jī)混合的比例。

“精子在不同的卵巢液中表現(xiàn)不同，它們在自己同種類的卵巢液中確實(shí)表現(xiàn)更好?！瘪R修·蓋奇說。

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體內(nèi)受精的雌性生物也有自己獨(dú)特的方法，伯哈德稱之為“神秘雌性選擇”的權(quán)益。有些雌性的生殖道錯(cuò)綜復(fù)雜，這些都足以阻礙除了最強(qiáng)壯的精子以外的精子。有一些雌性動(dòng)物（據(jù)生物學(xué)家估計(jì)是絕大多數(shù)物種），包括許多種類的爬行動(dòng)物、魚類、鳥類、兩棲類，可以與不止一個(gè)雄性動(dòng)物交配，而且可以將精子儲(chǔ)存幾個(gè)月甚至幾年，而且可以改變儲(chǔ)存環(huán)境以便選擇喜歡的雄性。許多雌性鳥類——包括家養(yǎng)雞——可以在交配后甚至自主地將精子排到體外，從而使它們傾向于選擇自己偏愛的雄性。

然而，所有這些策略都只是為雌性提供了選擇雄性精子的機(jī)會(huì)。在射精過程中，哪些精子能與受精卵結(jié)合似乎仍然是偶然的。

遺傳學(xué)第一定律

事實(shí)上，受精的隨機(jī)性隱含在分離定律中——最早可以追溯到格里戈?duì)枴っ系聽柕倪z傳學(xué)第一定律。父母各自攜帶著一套基因的兩個(gè)副本，在配子形成的過程中被隨機(jī)分成只攜帶一個(gè)基因副本的配子。這就是許多學(xué)生在高中生物學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)到的知識(shí)。如果父母雙方都是雜合子，意思是如果他們都攜帶不同相對性狀的一對等位基因，那么他們的后代有一半將是雜合子。而且1/4的后代將是隱性基因的純合子，另外1/4的后代則是顯性基因的純合子。

然而，這些概率只有在受精是完全隨機(jī)的情況下才能實(shí)現(xiàn)。如果卵子或精子能以某種不為人知的方式影響受精過程中的其他配子，那么這些概率可能會(huì)大不相同。這在2005年引起了喬·納多的注意，這種顯著的差異是什么引起的呢？當(dāng)他開始研究兩種具有特定基因的老鼠的遺傳性狀時(shí)，這些概率與理論概率完全不符。在他位于西雅圖的實(shí)驗(yàn)室中，他開始懷疑：孟德爾是不是也可能出錯(cuò)了呢？

當(dāng)然，喬·納多并沒有質(zhì)疑孟德爾。相反，他想知道這兩種基因（APOBEC1與DND1）是如何影響睪丸癌的風(fēng)險(xiǎn)。喬·納多和他的博士生詹尼弗·澤赫爾（Jennifer Zechel）將攜帶一個(gè)正常副本的DND1基因和一個(gè)突變的DND1基因的雌鼠與攜帶雜合的APOBEC1基因的雄性小鼠交配時(shí)，子代的基因型的比例竟然又遵循孟德爾的規(guī)則。至此一切看起來還不錯(cuò)。但當(dāng)他們在進(jìn)行逆轉(zhuǎn)雜交時(shí)（APOBEC1雜合子的雌性子一代與DND1雜合子的雄性子一代雜交），事情變得奇怪起來：他們發(fā)現(xiàn)，只有27%的后代攜帶有DND1突變，APOBEC1突變，或者雙突變，但是根據(jù)孟德爾的定律應(yīng)該達(dá)到75%，實(shí)際結(jié)果與他們預(yù)想的比例差異很大。

“雖然雌性生殖系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)更為神秘、復(fù)雜，但我們也越來越清楚地認(rèn)識(shí)到雌性在受精過程中的作用?！眴讨稳A盛頓大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家莫莉·馬尼爾（Mollie Manier）說。

選擇性偏好：奇怪的遺傳模式

作為一個(gè)研究了幾十年的遺傳學(xué)研究人員，喬·納多知道有無數(shù)的因素可能會(huì)影響孟德爾定律的概率。如果受精卵中攜帶有兩個(gè)突變的隱性基因，胚胎可能會(huì)在發(fā)育早期死亡。這樣就會(huì)改變胚胎致死突變純合子的比例，但同時(shí)也將減少每窩小鼠幼崽的平均數(shù)。然而事實(shí)上，在喬·納多和詹尼弗·澤克拉的實(shí)驗(yàn)中，所有的小鼠都與標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)仔數(shù)一致，他們并沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明胚胎在受精后早期死亡。

喬·納多認(rèn)為問題或許出在精子上，而不是卵子。因此，他將攜帶突變基因的和攜帶不變異基因的雄性小鼠與健康無突變的雌性小鼠交配，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雄性小鼠的生育能力沒有差別，而如果突變影響精子的形成，這兩類小鼠的生殖能力應(yīng)該有明顯的差別。經(jīng)過一步一步地分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，喬·納多和他研究團(tuán)隊(duì)排除了種種因素，最終有一個(gè)可能的因素：在受精過程中，卵子和精子對突變基因型有遺傳偏見，他們會(huì)主動(dòng)避免有突變的基因型。

不僅，喬·納多做出了這樣的推測，其他研究人員也已經(jīng)研究過這一點(diǎn)，于是他查找了科學(xué)文獻(xiàn)。雖然他能找到許多關(guān)于無法解釋的后代出生比例的相關(guān)文獻(xiàn)，但文獻(xiàn)中并沒有人對受精過程中出現(xiàn)的基因偏好做出嚴(yán)肅認(rèn)真的解釋。

“每個(gè)人都用胚胎致死來解釋這一現(xiàn)象，因?yàn)槲覀冎豢吹轿覀冊敢饪吹降?，只愿意用我們所知道的原因來解釋這一現(xiàn)象?！?喬·納多說。

喬·納多發(fā)現(xiàn)的一個(gè)例子是艾伯塔大學(xué)的癌癥研究員羅斯琳·戈德布特（Roseline Godbout）實(shí)驗(yàn)室的報(bào)道。

戈德布特研究組研究了一種被稱為DDX1的蛋白質(zhì)在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤發(fā)生中的作用，視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤是一種具有高度遺傳性的兒童期高發(fā)癌癥。

攜帶一個(gè)副本的DDX1功能缺失基因的小鼠（但是他的另外一個(gè)等位基因是有正常功能的）具有正常和健康的表型。當(dāng)戈德布特和德文·杰曼（Devon Germain）使用這種雄性和雌性的雜合子小鼠繁育時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)

沒有攜帶功能雙缺失的DDX1的子代，根據(jù)孟德爾定律這種子代應(yīng)該占25%的比例。目前，德文·杰曼在維也納的麥克斯·佩魯茨（Max F. Perutz）實(shí)驗(yàn)室做博士后。鑒于DNA復(fù)制過程中基因的重要性，這種現(xiàn)象的發(fā)生或許并不奇怪：沒有攜帶功能雙缺失的DDX1的純合子代可能在受精后不能存活。戈德布特和德文·杰曼確實(shí)也發(fā)現(xiàn)低于預(yù)期數(shù)量的攜帶功能雙缺失的DDX1的純合子代的現(xiàn)象。一系列復(fù)雜的雜交實(shí)驗(yàn)之后，研究人員把原因歸結(jié)于在實(shí)驗(yàn)過程中DDX1基因發(fā)生了一種罕見的基因突變。

喬·納多并不相信這一解釋，他寫信向戈德布特詢問是如何證實(shí)DDX1基因功能雙缺失的純合子是在胚胎期死亡的，他得到的答復(fù)是他們沒有做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，他還詢問他們是否認(rèn)為在受精過程中會(huì)有基因方面的偏好從而影響子代，卵子是不是會(huì)自主選擇與DDX1基因型的精子結(jié)合來影響子代。

“我們當(dāng)時(shí)真的認(rèn)為這只是一種奇怪的遺傳模式，”德文·杰曼回憶道?！澳菚r(shí)我們還沒有考慮這是非隨機(jī)的受精過程?！?/p>

后來，德文·杰曼一時(shí)心血來潮，決定梳理一下實(shí)驗(yàn)過程中所有的原始數(shù)據(jù)。在查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過程中，他想起了喬·納多曾經(jīng)在電子郵件里與戈德布特討論過的問題。他越琢磨實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，越覺得在受精過程中基因有選擇性偏好是最合理的解釋。

很少有科學(xué)家把基因的偏好性選擇考慮到受精過程來，這讓喬·納多倍感沮喪，于是他以“配子會(huì)求愛嗎？”為題寫出了他的假說，并發(fā)表在《遺傳學(xué)》雜志上。他說，他的目標(biāo)是促使更多的研究者進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，從而更快地確定卵子和精子的相互作用以及如何改變受精過程。

“我們被先入為主的觀念蒙蔽了雙眼。這是一個(gè)影響受精過程的超乎尋常的思考方式?！?喬·納多說。

馬尼爾等科學(xué)家認(rèn)為喬·納多的假設(shè)非常有趣，甚至可能非常合理，但是他們同時(shí)指出，沒有人有任何證據(jù)表明這一過程是怎樣產(chǎn)生的。

發(fā)揮雌性在受精過程中的作用

一種說法認(rèn)為：維生素B的新陳代謝會(huì)在精子和卵子上形成重要的信號分子，比如葉酸。喬·納多實(shí)驗(yàn)室的研究表明，這些分子在受精過程中發(fā)揮著巨大的作用，他認(rèn)為某些信號基因的異常可能會(huì)改變精子和卵子相互吸引的程度。另一種猜想認(rèn)為：精子出現(xiàn)在雌性的生殖道內(nèi)時(shí)，卵子通常還在進(jìn)行最后的分裂。精子發(fā)出的信號可能會(huì)影響這些細(xì)胞分裂，并且可能會(huì)使細(xì)胞變成卵子的某些特性受到影響。

無論這一機(jī)制如何，這項(xiàng)工作都挑戰(zhàn)了雌性在受精過程中只是被動(dòng)接受的普遍觀點(diǎn)。

西澳大利亞大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家勒妮·弗曼（Renee Firman）說：“長久以來，雌性被視為沒有選擇權(quán)只能被動(dòng)接受的對象，但事實(shí)證明雌性在受精過程中也有主動(dòng)控制權(quán)。”

“試圖找到數(shù)據(jù)來支持或反駁這個(gè)假設(shè)是具有挑戰(zhàn)性的?！瘪R尼爾說。這將取決于精子內(nèi)的基因是否會(huì)影響表面分子的具體表現(xiàn)，以及卵子能感知到的差異程度。如果要弄清這些機(jī)制，需要對單個(gè)精子細(xì)胞進(jìn)行詳細(xì)的生化特征研究，并對它們進(jìn)行基因組測序分析。

當(dāng)喬·納多在會(huì)議上展示他在小白鼠身上的研究結(jié)果和假設(shè)時(shí)，很多人提出質(zhì)疑。對弗萊德哈欽森癌癥研究中心的遺傳學(xué)家和病毒學(xué)家哈米特·馬利克（Harmit Malik）來說，他認(rèn)為這種情況只有夏洛克·福爾摩斯才能解決。

“如果你已經(jīng)排除那些不可能性，那么剩下的是什么呢？不管它看起來多么不可能，都一定是事實(shí)?！彼蛉さ馈?/p>