全球变暖与动物性别

崔媛媛

随着全球气候变暖，一些动物正面临前所未有的挑战。你可能看到过这样一张照片：一只北极熊被困在海上一块漂浮的冰面上。在这里，北极熊这种具有超凡魅力的动物，成了气候变暖受害者的“典型代表”。其实，随着全球变暖，还有另一些动物正面临前所未有的挑战，它们的未来都取决于环境的温度变化，因为它们的性别是由温度决定的。

北极熊，气候变暖受害者的“典型代表”

气候变暖导致性别比例倾斜

许多动物包括人类，性别是由父母遗传的性染色体决定的。例如，在人类和其他哺乳动物中，大多数雌性有两条X染色体，而雄性有一条X染色体和一条Y染色体。但是一些鱼类和许多爬行动物，包括鳄类、短吻鳄和海龟等，则有另一种性别决定机制。它们的性别受环境温度所左右，温度是触发胚胎将发育为雄性还是雌性的开关。在爬行动物中，温度敏感性的关键时期是在卵的孵化期间，而在鱼类中则是在孵化后的幼体阶段。

对于以温度决定性别的动物，较高的温度会导致它们主要繁殖出单一性别的后代。这种性别倾斜通常导致两种情况的出现：雌性越来越多，或雄性越来越多。

温度变得更高的近几年中，海龟孵化出了大量雌性后代

雌性越来越多很多证据表明，全球变暖正在导致一些鱼类和许多爬行动物的性别比例日益失衡。以大多数种类的海龟为例：如果卵在高于26 ℃的温度下孵化，通常孵出的都是雌性。许多研究证实，在温度变得更高的近几年中，海龟孵化出了大量雌性后代。据预测，随着全球气温继续上升，这种情况很快就可能变得更加极端。例如，有科学家通过数据推算，到2100年，在绿海龟种群中，雌性的比例将从目前的52%增加到76%～93%。

雄性越来越多全球气候变暖对另一类動物构成更大的威胁。与雌性越来越多相反，在这类动物中，温度升高将导致雌性减少、雄性增多。新西兰大蜥蜴就是拥有这种性别决定机制的动物（它们是在距今2.5亿年前三叠纪时期接近爬行动物家系中的最后成员）。今天，绝大多数这种蜥蜴生活在新西兰周围的几十个岛屿上。科学家发现，其中一个岛屿上雄性个体比例正在明显上升。基于现在的温度变化预测，到2085年，这一物种将不再能孵化出雌性个体。科学家为它们的未来感到担忧。

随着全球气温升高，新西兰大蜥蜴雄性个体比例正在明显上升

然而，新西兰大蜥蜴绝不是因此而面临灭绝危机的唯一物种。受温度影响而改变性别比例的鱼类，在全球变暖环境下也正在繁殖出更多的雄鱼。据观察，具有这一特性的物种至少包括在人类渔业中占据重要地位的鲈鱼、罗非鱼和河鳟。研究人员发现，在淡水和海洋鱼类物种中，哪怕水体温度仅上升1～2 ℃，雌雄性别比例就可能从1：1变为1：3。根据一些预测，到21世纪末，因全球变暖导致海洋和淡水水体温度上升的幅度将高于2 ℃。

在全球变暖环境下，人类渔业中占据重要地位的鲈鱼、罗非鱼和河鳟也正在繁殖出更多的雄鱼。图为河鳟

性别比例的自我纠正和自我调节机制

性别比例的偏斜，势必导致这类动物走向灭绝。但让人奇怪的是，这类动物中包括动物界中一些最古老的世系，诸如鳄鱼、龟和鱼类，甚至还有曾与恐龙并存、被称为“活化石”的新西兰大蜥蜴，它们的祖先曾经历过无数次极端气候下的环境温度持续上升，那么，既然这些物种对温度升高如此敏感，它们又是如何躲过那些劫难而存活至今的呢？这次全球变暖在多大程度上与之前它们祖先所经历的困境相同？我们应该为这些物种的未来而担忧吗？

寻找这些问题答案的研究人员，惊讶地发现了帮助这些物种在过去的气候变化中生存下来的一个重要因素：性别比例的自我纠正和调节机制。

研究人员发现，一些动物并没有在温暖的气候中“坐以待毙”。当环境温度上升时，它们也在采取积极的措施，避免自己陷入绝境。比如，雌海龟开始更早地筑巢产卵，赶在气候更凉爽的时间内完成繁殖孵化。2019年发表的一项研究表明，海龟胚胎很可能会在卵内自行移动，寻找更凉的一端，而这一行为在决定它们自己的性别方面很可能发挥着重要作用。这些应对策略可以帮助这些动物减少环境变暖对它们整个种群的影响。

有生物学家发现，鳄目的爬行动物中，有些物种可能已经度过了2亿年以上的演化历程。对于这些物种，较低和较高的孵化温度均会产生雌性个体，只在中间温度下会产生雄性。其中最关键的一点是，对于雄性发育的温度范围值，不同个体之间竟然存在遗传差异性。也就是说，一只鳄鱼的卵在25～29 ℃孵化时，会发育成雄性，但另一只鳄鱼的这一温度范围值则可能在27～32 ℃。当某一年的气候特别温暖时，只有携带后者基因的胚胎，即那些在较高温度值范围下孵化出雄性的胚胎，才会以雄性个体出生。这些雄性个体在长大后有可能与多只雌性交配，并导致后代更可能携带在高温下发育为雄性的基因。这样，即使全球继续变暖，也仍会有合适数量的雄性诞生，从而帮助这些动物维持整个物种种群的繁衍及发展。

科学家认为，性别倾斜本质上是一种自我纠正和调节的机制。它恰恰解释了为什么依赖于温度的性别决定机制会如此广泛地存在于这么多物种中。在生命演化的历史长河中，其他物种可能难以适应不断变化的环境条件，但这些进化出具有性别比例自我纠正和调节机制的物种，却可能依靠种群数量的猛增而对环境变化做出回应。

雌海龟开始更早地筑巢产卵，赶在气候更凉爽的时间内完成繁殖孵化

海龟胚胎很可能会在卵内自行移动，寻找更凉的一端

科学家还发现，只要有足够数量的雄性保障整个雌性群体的繁殖，那么雌性数量偏多对于整个物种种群来说，反而是有益的。这是因为，每个雌性一生能繁殖的后代数量是有限的，因此雌性（而非雄性）才是限制种群数量规模的實际因素。很多研究结果也显示，与雌雄比例约为1：1的群体相比，雌性比例偏高的群体往往具有更高的后代数量。

这种自我纠正的机制，连同先前提到的有更多雌性繁殖后代所带来的种群数量激增，正好能解释这些在高温下倾向于孵化出雌性的物种，是如何在上亿年的时光中、在那些曾经的气候变化中幸存下来的。

基因突变带来摆脱危机的出路

那么，那些随着全球温度持续上升雄性会越来越多的物种，其未来又将如何？雄性数量会一直增加，直至整个物种走向灭绝吗？的确有可能。但这些生物也可能为自己找到一条摆脱危机的出路，因为它们的祖先在过去似乎就曾找到过这样的出路。

根据研究模型，对一些种类的动物来说，如果雌性数量长期持续下降，雄性占比越来越大，那么最终有可能触发决定雌性发育的性染色体发生改变。这种改变可能始于一个偶发事件，引发一个或多个基因发生突变，导致调节胚胎热敏感性的基因被关闭。在这种情况下，突变后的基因将消除温度的影响，即使气温再升高，该个体都不会转而发育为雄性。而这个突变后的基因的染色体，将成为一个新的性染色体，让这一胚胎继续发育为雌性。在发生这样的突变之后，只有同时拥有两个缺少热敏感基因的性染色体的胚胎，才能够发育为雄性个体。

有趣的是，这种遗传体系恰恰正是鸟类中普遍存在的性别基因体系：雌鸟具有一组ZW性染色体，其中W决定雌性性别，而雄性则拥有两个相同的ZZ性染色体。可以说，鸟类与我们人类（以及其他哺乳动物）的性染色体组成方式正好相反（拥有两个同样的X性染色体的是“女性”，而拥有X性与Y性染色体的才是“男性”）。有一种观点认为，鸟类可能正是人类以及其他哺乳动物的祖先，原本其性别会受到环境温度的明显影响，但不知是谁突然演化出了“支持”胚胎发育为雄性的全新的性染色体，从而让它们摆脱了全体变为雌性的灭绝型灾难。

也有研究认为，在演化进程中，恒定的体温和由亲本孵化卵的这一行为的出现，也是曾经解决了气温危机的重要因素，因为这样就可以让卵在孵化过程中保持恒定的温度，从而减少环境温度对性别的影响。大约1.5亿年前的化石记录也表明，性染色体的进化可能是推进鸟类替代“恐龙霸主”而得以崛起的关键，这是因为受温度影响的性别变化很可能在恐龙的最终灭绝中起了重要作用，而在染色体和行为上演化出新变化的鸟类则是恐龙唯一存活到今天的后代。

对于一些鱼类来说，尽管它们的性染色体在通常状态下会决定它们到底是雄性还是雌性，但如果出现温度的极端变化，温度对性别的影响就会凌驾于遗传指令之上，例如尼罗罗非鱼就是如此，这也让生物学家可以在实验室中更精确追踪温度变化对其性别失衡发展的影响。最近的一项研究发现，尼罗罗非鱼更喜欢在幼体发育的关键时期寻找温暖的水域，这也导致许多在遗传基因上本来为雌性的罗非鱼会在温度的影响下将自己转变为雄性。因此，对于现在仍依靠温度来决定性别的物种来说，这种演化也许会成为未来拯救它们的重要可能。其中一些鱼类已经具有性染色体，因此解决气候变暖对其影响的方法也可能就是突变出阻止外界温度影响鱼类性别的基因。有证据表明，龟类在演化的历史长河中至少经历了六次性染色体的基因突变，其中每一次突变发生的时间都被推断与当时全球温度峰值的出现时间一致。这也让这种基因突变再次发生的前景乐观。

但是，这次全球变暖的不同之处在于，各个物种除了不得不应对温度的不断升高，还面临其祖先不曾面对的其他挑战——栖息地因为人类的破坏而变得碎片化，这让许多物种很难再转移分布地，去往气候更合适的地区。栖息地的破坏还减少了种群规模，这也可能进一步限制物种的适应能力。显然，当种群数量更为庞大时，拥有那些“有益于”种群发展的变异基因的可能性也要比现在大得多。

爬行动物面临的危机尤其明显。因为很多物种的世代跨度很长，这意味着它们的适应速度无法跟上环境变化的速度。例如，在我国有分布的蠵龟（也被人称为“红海龟”），需要30年才能达到性成熟并繁育后代，发生基因突变并成功将其延续的速度可能真的远远跟不上气候变化的速度。因此，即使在遗传上出现了新的适应性，但如果温度变化的速度超过物种繁殖的速度，它们也可能无法足够快地进化。

性染色体的进化可能是推进鸟类替代“恐龙霸主”而得以崛起的关键，鸟类则是恐龙唯一存活到今天的后代

气候和环境对人类婴儿性别的影响

上述动物面临的困境，可能也是人类需要面对的。有数据表明，全球变暖也正在对人类新生儿的性别比率产生影响。这就是我们现在必须采取行动限制全球变暖和环境退化的另一个原因。因为我们的努力不仅能帮到如履薄冰的北极熊，还将拯救那些在越来越热的地面和水中生活的乌龟、罗非鱼和新西兰大蜥蜴，也许还包括我们人类自己。

我们一直以来都认定人类的性别由基因决定。继承两个X性染色体的胚胎发育成女性，而继承一个X染色体和一个Y染色体的胚胎则成为男性。温度无法改变人类的遗传指令，不能将遗传学上的男性胚胎转换为女性，反之亦然。但是，现在的多项研究结果表明，温度正在以另一种方式影响人类的性别比例。大量研究表明，在异常寒冷的年份出生的男孩数量明显偏少。更有趣的是，当研究人员追踪日本两次异常季节的情况时，发现在2010年极端炎热的夏天和2011年初异常寒冷的冬天，出生的男孩都更少一些。

我们可能不知道，人类只有30%～50%的受孕胚胎会成功出生，而大多数胚胎则在怀孕六周内自然流产，这被称为“子宫内的自然选择”。当站在演化的角度思考这一子宫内的自然选择时，我们就会发现男性胚胎似乎处于不利地位。当他们的X染色体出现任何遗传突变时，男性胚胎因缺乏另一个X染色体来弥补或抵消这种基因突变造成的影响，因而他们对怀孕期间的外部环境变化就更为敏感。这种环境变化不但包括温度的改变，也包括妈妈的压力，因为母体的激素、营养变化对于胎儿来说也是一类外界环境的改变。有数据表明，在准妈妈经历了诸如地震、洪水和火灾烟尘污染之类的灾难，或是遭遇失业后不久生下的宝宝中，男孩的人数都会有所下降。

为什么男性胎儿更可能成为这些灾难事件的受害者？这方面仍有争议。有科学家认为，这可能反映出进化的驱动力是孕妇的身体自然排斥那些在困难条件下难以存活的孩子。男性的免疫系统往往比女性弱，这让男性在任何年龄都更容易死于传染病。确实，许多物种似乎已经进化出在压力大和资源稀缺时期流产雄性胚胎的繁殖选择。以啮齿动物为例，当在实验室环境中仅给予它们低脂饮食或缺乏热量的食物的情况下，出生的雄性数量变少。

据推算，洪水、地震或烟尘污染造成的后果是，每1000个婴儿中少出生15个男孩。气候变化正在增加其中一些压力事件，因此从某种意义上讲，全球变暖也正在影响人类的性别比。这些变化可能会在一定程度上增加在受影响地区寻找伴侣的难度，但是与其他面临灭绝风险的物种相比，这一影响至少目前還没有对人类构成生存威胁。

在异常寒冷的年份，出生的男孩数量明显偏少