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转 | 为什么雄性一般更短命?相同的性染色体或是长寿关键
2020-03-19


图片来源:Pixabay


撰文 戚译引


寿命与性别有着密切的关联,不仅人类男性的平均寿命比女性要短,这一规律也适用于其他许多物种。以北方人厨房中常见的德国小蠊(Blattella germanica)为例,雌性的寿命足足比雄性要长77%。最近一项研究发现,这一规律可能和性染色体的构成和形态有密切的关系。


这项研究于3月4日在Biology Letters发表。新南威尔士大学研究团队对比了哺乳动物、鸟类、爬行动物和昆虫中的229个不同物种的寿命数据,发现拥有相同性染色体的性别寿命更长,差异平均达到17.6%不过这一差异还受到性别的影响。虽然对一些物种来说雄性是具有相同性染色体的一方,并且寿命更长,但它们所占优势仍然较小。




无保护的X染色体


我们知道对于人类而言,女性有相同的性染色体(XX),男性有不同的性染色体(XY),这套XY性别决定系统也适用于大多数哺乳动物。而许多鸟类、爬行动物、鱼类和昆虫采用ZW性别决定系统,其中雄性拥有相同性染色体(ZZ),雌性有不同的性染色体(ZW)。


无论性染色体如何分配,拥有一对相同性染色体的称为同配性别(homogametic sex),拥有不同染色体的称为异配性别(heterogametic sex)。有证据表明,同配性别可能更容易抵御有害突变的影响,因为如果X或Z染色体上出现了有害的突变,它在异配性别中更容易得到表达。以人类红绿色盲为例,这种疾病由 X 染色体上的隐性基因导致,因此男性发病率远高于女性。


根据这些现象,有人提出了“无保护的X染色体”假说(unguarded X hypothesis),认为异配性别更容易产生不利的形态和生理特征例如鸟类中往往是雄性拥有艳丽的羽毛,而雌鸟相貌平平无奇。新南威尔士大学研究团队希望在不同物种身上检验这一假说,探索异配性别的寿命是否比同配性别要短。




17.6%的差异


研究团队从大量论文、书籍和网络数据库中提取了不同物种的性染色体和寿命信息。由于研究只关注染色体决定性别的案例,雌雄同体或由环境决定性别的物种都被排除在外。最终,他们筛选出229个物种的两性寿命数据,涉及8个不同的纲(哺乳纲、昆虫纲、爬行纲、辐鳍鱼类、蛛形纲、鸟纲、软骨鱼纲、两栖类)。



点击图片可放大查看。演化树中从上到下依次是:灵长类和智人、啮齿类、鳍脚类(如海豹)、食肉哺乳动物、有蹄类(如山羊)、鲸豚类、有袋类、鸟纲、爬行动物和两栖动物、鱼类(包括软骨鱼纲和辐鳍鱼类)、鞘翅目、双翅目、鳞翅目和其他无脊椎动物。图中蓝色圆点代表雌性为同配性别的物种(例如人类),红色菱形代表雄性为同配性别的物种(例如鸟类);同配性别寿命更短的物种落在竖线左侧,同配性别寿命更长的物种落在竖线右侧。|图片来自论文


分析发现,平均而言同配性别的寿命比异配性别要长17.6%这一差异在不同物种中波动较大,并且和哪一方为同配性别有关。对于雌性为同配性别的物种,例如哺乳动物以及部分爬行动物、昆虫和鱼类,两性寿命差异平均达到20.9%,而对于鸟类、蝴蝶等雄性为同配性别的物种,两性寿命的平均差异只有7.1%。


作者们总结:“这项研究首次提供了证据,表明在多个不同分类群中,异配性别相比同配性别死得更早。”他们认为这为无保护的X染色体假说提供了支持,但同样提出了新的问题——哪些因素决定了异配性别死得有多早?为什么当雌性为异配性别的时候,两性寿命的差异缩小了?




3种猜想


研究作者们认为,Y染色体的衰退或许是导致雄性寿命缩短的一个原因。异配性别的性染色体组成有许多不同方式,有的物种缺失一条性染色体,如蟑螂中雌性的性染色体为XX,雄性为X0;有的物种拥有“偷工减料”的性染色体,例如人类的Y染色体比 X染色体要短许多;还有的物种拥有一对差异较大但体量相当的性染色体,比如鸟类的ZW染色体。作者们推测,相比性染色体差异较小的物种,性染色体高度退化或缺失的物种当中两性寿命差异更大。为了检验这一观点,接下来可以将性染色体形态和相对长度纳入分析,评估其对寿命的影响。


第二个可能原因是雌激素对端粒产生了保护作用。端粒是染色体末端的非编码DNA,具有保护编码区DNA的作用。端粒损伤被认为与衰老和寿命缩短有关,而有研究表明雌激素能够大幅提高端粒酶的活性,进而促进端粒修复。研究作者指出,他们并不确定雌激素对于研究中各个物种的重要性,但这一现象或许能够解释为什么对于雌性为异配性别的物种,两性寿命的差异比较小。


个体的寿命还与环境和行为有密切的关联,这引出了第三个可能原因:在大多数物种中,雄性面临更激烈的生殖竞争研究作者指出,雄性往往会争抢雌性配偶或领地,以获得交配机会,这个过程将促使它们采取高风险行为;而雌性通常要付出更多的亲代投资,养育每个后代的成本更高,这使得它们倾向于采取低风险行为。此外,性选择还可能令雄性消耗额外的能量,比如一些雄鸟艳丽的羽毛和复杂的求偶展示。总而言之,性选择会提高雄性的死亡率,进而拉低这个群体的相对寿命。


总而言之,关于性染色体形态和寿命的关联,我们目前了解的还很少。研究作者认为继续探索这一课题“或许能为如何延长寿命指出方向”。但是如果长寿真的和性染色体有关,改变起来好像有点难啊……


相关论文:

Xirocostas Zoe A., Everingham Susan E. and Moles Angela T. The sex with the reduced sex chromosome dies earlier: a comparison across the tree of life 16 Biol. Lett.  

http://doi.org/10.1098/rsbl.2019.0867 


参考来源:

https://www.sciencemag.org/news/2020/03/secret-long-life-matching-sex-chromosomes


本文来自微信公众号“科研圈”,如需转载请联系 keyanquan@huanqiukexue.com



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