雌雄同体动物的奥秘

费理斯·贾巴尔

暴雨过后，蝴蝶总爱聚集在佐治亚州西北部鸽子山中的泥洼边。詹姆斯·亚当斯和欧文·芬克尔斯坦手持捕网悄悄埋伏。突然间，一只很奇特的蝴蝶从两人身边飞过。它的左翼呈黄色，右翼呈黑色，就如同有人将两只不同的蝴蝶撕成两半又完美地拼接了起来一样。芬克尔斯坦不禁叫出声来。詹姆斯抑制住自己内心的兴奋，追了几步捕到了它。詹姆斯立即意识到，自己刚刚捕到了一只雌雄同体蝶——一种一半雌性、一半雄性的生物。

蝴蝶收藏者喜爱雌雄同体蝶，是因为它们罕见而且特别，是造物主创作的对称乐章中的意外之作。科学家也爱雌雄同体蝶，因为它们为雌性、雄性及雌雄同体生物的研究提供了绝好的实例。

几百年来，生物学家一直记录着他们所发现的雌雄同体生物，包括昆虫、蜘蛛、龙虾、鸟类。近年来，利用复杂精密的实验手段，通过对雌雄同体生物的研究，研究者推翻了传统的性别形成理论。现实和科学史都已证明，这些生物看似怪异、奇特、不对称，无法被归入任何生物门类，却最能揭示生物的生长模式。这样的结论并非来自科学家对大量正常小鸟的研究，而是来自对极少数雌雄同体小鸟的研究。

这一切还要从一只斑胸草雀说起。

雄鸟笼中的鸟蛋

20世纪末，洛克菲勒大学实验室的一名饲养员发现，在一个只有雄性斑胸草雀的鸟笼中接二连三地出现了鸟蛋。为了找到“元凶”，这名饲养员将它们分别移入单独的鸟笼观察，发现这些蛋来自一只很特别的鸟。这只小鸟和其他斑胸草雀很不相同。从右侧看，它具有所有雄性斑胸草雀的特征：脸颊上的橘色羽毛、颈部的斑马纹，还有漂亮的棕底白点翅羽。而从左侧看，它是一只典型的雌性斑胸草雀：几乎全灰的羽毛、面部少量的黑白斑纹及浅黄色的胸脯。这个鸟类实验室的负责人是洛克菲勒大学的神经科学家，名叫费尔南多·诺特博姆。当他意识到这只特别的鸟是雌雄同体时，便把鸟交给了他原来在加州大学洛杉矶分校的学生阿特·阿诺德。他认为，阿诺德主要研究性别差异，或许可以从这只鸟身上研究出点儿什么。

长久以来，科学家认为鸟类的性别形成过程与哺乳类动物的性别形成过程相同。起初，一只小鸟只是一个无性别的胚胎。之后，在性别染色体的主导下，小鸟长出一对睾丸或卵巢。从睾丸或卵巢中释放的荷尔蒙又会促使小鸟按照某种性别特征继续生长。但是，后来的一些研究似乎表明这个解释版本过于简单了。

顺着这条线索，阿诺德和他的同事决定对这只斑胸草雀的脑部细胞进行深入的研究。通常来讲，雄性斑胸草雀大脑中的神经回路网是为其学习求偶歌曲而设计的，要比雌性的同一区域大得多。如果性别形成主要由荷尔蒙决定，那么这只雌雄同体鸟的大脑左侧和右侧就应具有相近的结构。说到底，从其睾丸或卵巢中释放出的雌雄同体型荷尔蒙性激素应遍布其体内的各个器官。

然而，阿诺德的研究小组发现，这只斑胸草雀大脑右半部的情歌学习区域要比左半部的大82%。为进一步研究，研究者将其大脑切片并浸泡在充满放射性核糖核酸的溶液中，这些具有放射性的核糖核酸会吸附于Z或W性染色体中的一种上。将其置于感光板后，科学家发现其脑部的右半球充满了由两个Z染色体组成的雄性细胞，而左半球则充满了包含Z和W两种染色体的雌性细胞。这就说明是性染色体，而非荷尔蒙主导了大脑中每个细胞的命运。阿诺德说：“那只雌雄同体鸟颠覆了一些我头脑中的所谓经典的科学认识。脑细胞组织并非一个任由荷尔蒙书写的白板，它在生物出生前就已被设定。”

性染色体改变细胞

2005年前后，爱丁堡大学的发育生物学家迈克·克林顿开始收集英国周边农场中的雌雄同体鸡，并对它们加以研究。从一侧看，这些鸡是雄性，羽毛为白色和金色，下颌有红色的大肉垂，腿部有角状的长刺；从另一侧看，它又像雌性，羽毛为棕褐色，下颌的肉垂和腿部的长刺也都小得多。克林顿的研究团队对雌雄同体鸡的血液、皮肤以及肌肉细胞中的DNA进行了检测。他们发现，雌雄同体鸡不仅仅在外表上呈现出两种类型，就像之前那只斑胸草雀一样，在细胞层面上，其整个身体也基本上可分成两种不同的类型——大量ZW雌性细胞在一侧，ZZ雄性细胞在另一侧，但也有一部分兼有两种细胞。这就好像一个分隔瓶里装着两种口味的糖豆，它们大都是分开的，少量也会混在一起。

这些雌雄同体生物证实了鸟类的性别是通过细胞的逐个改变而最终形成的，并不像哺乳类动物那样在荷尔蒙的统一影响下形成的。但是，目前尚不清楚每个细胞内的性染色体具体怎样使性别形成免受荷尔蒙的影响。或许，从受精那刻起，ZW染色体组合就开始促成某种表现基因的改变——让DNA周围的分子促进或抑制其各种活动。克林顿和他的同事发现，正常发育的雌性或雄性鸟类胚胎，在其性器官形成以前就已经按不同的基因模式生长了。

哺乳动物的性别形成

现在，阿诺德和他的团队希望知道，他们在鸟类研究中得出的结论是否也同样适用于哺乳动物。为了确定荷尔蒙和染色体在哺乳动物性别形成中的作用，阿诺德的团队一直在研究一些特殊的老鼠——尽管从基因上看，它们都属于雄性，有的却拥有特别多的X或Y染色体，有的会释放雌性荷尔蒙。阿诺德希望他的研究可以为一些人类疾病提供新的解决办法，因为很多硬化症、癌症、心脏病及其他疾病的发病率和严重程度都有着特定的性别倾向。阿诺德说：“如果我们可以弄清为什么某种性别在疾病形成的过程中会受到保护，就可以找到新的治疗办法。要解决这个问题，我们需要知道决定性别差异的各种因素。在过去，我们一直以为荷尔蒙是决定性别差异的唯一因素。”

很多硬化症，比如一种神经系统受到免疫系统攻击和摧毁的严重硬化症，在女性患者中更普遍，但是，一旦患病，男性患者的恶化速度会更快。阿诺德对基因为雄性但释放雌性荷尔蒙的特殊老鼠的研究表明，面对同一种疾病，是XY染色体的组合（而非荷尔蒙）使得细胞更易受到攻击。

对雌雄同体斑胸草雀和雌雄同体鸡的研究使其他领域的研究者感到震惊。加州大学伯克利分校的生物生长学家尼帕姆·帕特尔说：“有关脊椎动物的细胞如何获得其性别的问题，雌雄同体生物的确颠覆了人们长久以来的固有想法。”endprint

除了以上这些研究，帕特尔对独特的双性蝴蝶的研究同样改变了人们根深蒂固的观念。历经十几年的苦心钻研，帕特尔认为，在某些情况下，雌雄同体生物并非仅是一个兼有雌性和雄性器官的生物，而是两种类型生物的融合体。

许多科学家把雌雄同体蝶的出现归因于细胞分裂时产生的差错。像鸟类一样，雄性蝴蝶的每个细胞内都含有两个Z染色体，而雌性蝴蝶则是一个Z和一个W染色体。按照传统的解释理论，当一只毛毛虫开始蜕变，最终形成雌雄同体蝶翅膀的分裂细胞也会分裂其染色体，从而使其中一个得到一个Z和一个W染色体并成为雌性，另一个则得到两个Z染色体并成为雄性。这两个子细胞会生长为蝴蝶的左右翅膀，因此，蝴蝶会呈现出以中线为界的雌雄同体的外表。

另一种雌雄同体蝶

科学家清楚地阐释了这样的过程，但帕特尔收集到的一些图片使他认为雌雄同体的产生还另有原因。每隔一段时间，帕特尔就会碰到一种奇异的蛱蝶。这种蝴蝶色彩缤纷，雌雄两性的外表看上去很相似。帕特尔之所以能发现它们之中的雌雄同体者，是因为雌雄同体蝶的腹部在大小和结构上略有差别——腹部左右两侧分别长着雌性和雄性的外生殖器。

于是，帕特尔想到，它们除了是两性体，也许更是混合体，其两个翅膀上不同的花纹样式暴露了它们基因的不同，而这种差异仅用雌雄细胞混合体这样的说法无法解释。比如说，Optix基因负责赋予蛱蝶后翅以红色，WntA基因则像一支黑色记号笔一样负责赋予其黑色，而Z和W染色体中并没有这两种基因。传统解释认为，雌雄同体蛱蝶两侧的基因差异只存在于Z和W染色体上，但它们的翅膀在色彩组合基因上也明显不同，这表明它们有两套完全不同的基因组。在帕特尔看来，既然雌雄同体蛱蝶的差异不仅存在于性别特征上，那么，就可以将之看作雌雄两种动物的合二为一体。

怎么会这样呢？昆虫的卵细胞其实有一个比它小的姐妹细胞——极体。极体是在生成卵细胞的细胞分裂过程中产生的副产品。有时，两个精子可以在卵细胞内分裂，并使卵细胞的细胞核和极体同时受精，这样便生成两个胚胎，就像是连体双胞胎。然而，这两个生命的细胞界限并不总是那么泾渭分明。这也就解释了为什么有的雌雄同体生物外表的不对称严格依据中线而分，有的则不然，会出现越过中线的马赛克花纹。尽管之前也有专家用双受精理论解释雌雄同体生物的产生，但是，帕特尔提供的资料是目前为止最清晰的证据之一。

随着科学家对生物基因组成的深入了解，他们发现，其实人类也是拥有多样性的生物。我们体内的每个细胞基本上都可以被分为两类，即细胞核中的人类细胞组和线粒体中的非人类细胞组（即自由的个体微生物）。数十亿细菌充斥着我们的皮肤、肠道，使人体成了微生物细胞组的万花筒，还有一些外来基因借助病菌和寄生虫进入我们的细胞组。有着混搭的另类外表的雌雄同体生物，也是反映人类自身多样性的镜子。endprint