何以定「性」?

大多人都會以為生物的性別 [1] 是與生俱來。一切都全憑天擇,後天不能改變。不過,性別這個問題在自然界其實遠遠超過你所想像。不少動物甚至會有「變性」的能力。即使是人類,性別亦可能不只是受隨機變數控制,背後還有不同因素影響。

基因大不同

基因 [2] 決定了大部份生物的性別,並蘊藏在染色體裏。雌雄動物在交配時會隨機遺傳不同染色體 (50%) 予下一代。這些不同獨特的基因組合 (XX/XX;XX/X0 [3] ;ZW [4] 和 UV [5] ) 主宰著部份生物的性別。就以哺乳類動物為例, Y 染色體就只會在雄性出現。相反,雌性就大多只擁有 X 染色體。所以只要知道屬於哪一種基因組合:XY (雄性) 和 XX (雌性)就可以分辨到哺乳類動物(包括人類)的性別 [6] 。

大自然往往充滿著驚喜——除了基因外,還有其他因素會左右生物的性別。

環境因素

爬蟲類和魚類等生物的性別尤其會被氣溫和基因互相影響。溫度的些微改變都會影響後代性別。有研究人員曾經觀察北美錦龜 (painted turtle) ,發現北美洲的平均溫度上升攝氏 4 度,就沒可能孵出雄性幼龜。

那大家可能會疑惑,既然氣候對這些生物性別有所影響,日趨嚴重的氣候變化會不會影響到牠們?

澳洲最近的一個發現再為暖化問題響起警號。科學家 Clare E. Holleley 首次記錄到東部鬃獅蜥 (Pogona barbata) 有性別倒轉 (sex reversal) 問題。性別倒轉的爬蟲即使擁有雄性染色體,在出生後卻會變成雌性。

不但爬蟲類動物會被氣溫這類環境因素影響,人類的性別亦都可能被外在因素影響。 Shige Song 發現中國 1950-1960 年代的「大躍進」饑荒期間,男性出生率比女性出生率為低。這個現象維持至饑荒結束後兩年,才再回復較高的男性出生比例。現在我們還未能確認出生率低是因為演化機制,或是純粹只是男性存活率較低,但 Song 認為,由於胎兒出生率曾在 1959 年一度下降,亦未見男女比例失衡,這代表背後有其他因素影響著男女出生比例。

社會因素

除了環境因素影響,部分生物更會因應「社會」狀況而改變性別。而魚類就是其中會被社會因素影響性別的物種。科學家記錄到 27 科的魚類擁有「天然變性能力」。當族群裡失去了任一性別的成員,其他魚能夠轉換性別,甚至多次改變。海底奇兵中的小丑魚擁有相當嚴密的「社會架構」。雌性小丑魚為族群的領導,當牠逝世後,雄性小丑魚就會變性並掌握領導地位。

除了小丑魚外,更有其他魚類能夠多次轉換性別。和其他單次轉換性別的魚類不同,蝦虎魚同時擁有卵巢和睾丸,大小會因應性別而改變。他們會根據族群其他成員的大小來決定自己的性別。體型較大的會變作雄性,相反,體型較小的會變作雌性。但最令人吃驚的是,他們只需要 5-10 日 [7] 就可以改變性別。

為了適應大自然和延續物種生命,不同生物會以不同的「手段」去決定性別,增加自己存活的機會。在自然界裏,「生理性別」並不如人類世界般簡單。今天你是女的,明天可能已經是男了。

註:

[1] 要分辨生物的性別,主要依靠表面特徵:費洛蒙 (Pheromone) 、性器官和行為的差異等。當然,單靠這些表徵並不足以判斷生物性別。

[2] 科學界認為哺乳類動物主要以 SRY 基因決定性別,另外最近亦科學指出有其他基因決定性別。

[3] 這種基因主要在昆蟲,例如草蜢中發現。科學家亦發現部分雄性鼠類動物亦欠缺 Y 染色體。

[4] 主要在鳥類,部分爬蟲類和昆蟲發現。運作方式和 XY 染色體相似。

[5] 在苔蘚和藻類生物上發現。U 染色體在雌性中發現, V 染色體則在雄性發現。

[6] 除了 XX 和 XY 外,部分人類就擁有至少兩組獨特基因組合: XXY 的克氏症候群的超雄綜合症人士。

[7] 雌性變作雄性要約 5 天,而雄性變作雌性則約需 10 天。

參考報告:

  1. Holleley, C.E., O’Meally, D., Sarre, S.D., Graves, J.A.M., Ezaz, T., Matsubara, K., Azad, B., Zhang, X., & Georges, A. (2015). Sex reversal triggers the rapid transition from genetic to temperature-dependent sex. Nature, (523) 79–82. DOI:10.1038/nature14574
  2. Bachtrog, D., Mank, J. E., Peichel, C. L., Kirkpatrick, M., Otto, S. P., Ashman, T. L., & et al. (2014). Sex determination: why so many ways of doing it?. PLoS Biol, 12(7): e1001899. DOI: 10.1371/journal.pbio.1001899
  3. Kobayashi, Y., Nagahama, Y., & Nakamura, M. (2013). Diversity and plasticity of sex determination and differentiation in fishes. Sexual Development, 7(1-3), 115-125. DOI: 10.1159/000342009
  4. Arnold, A. P. (2012). The end of gonad-centric sex determination in mammals. Trends in genetics, 28(2), 55-61. DOI:10.1016/j.tig.2011.10.004
  5. Song, S. (2012). Does famine influence sex ratio at birth? Evidence from the 1959–1961 Great Leap Forward Famine in China. Proc Biol Sci, 2012 Jul 22;279(1739):2883-90. DOI: 10.1098/rspb.2012.0320
  6. Janzen, F. J. (1994). Climate change and temperature-dependent sex determination in reptiles. PNAS, vol. 91(16). pp7487-7490.

第六次大滅絕

引言:「第六次大滅絕」看似是遙不可及,卻原來正在發生?科學家究竟怎樣測試這個假說的真確性?我們將揭示科學家 Ceballos 如何找出「第六次大滅絕」的證據。有人更指出人類正是「第六次大滅絕」始作俑者。不過現在仍然未有足夠證據將矛頭指向我們。

地球 — 生物的搖籃,戰場,天堂,也是地獄。

過去四億多年來,地球上的生物已經歷過五次不同的「物種大滅絕」。都市人或許對大滅絕不以為然,物種的消逝似乎和我們毫無關係。畢竟造成過去幾次物種大滅絕的原因都是大自然本身,包括海平面變化,火山爆發和氣候改變等。這更加令一般人相信人類和物種大滅絕無關係。但科學家發現,大滅絕正在發生,而有人更認為人類可能是物種大滅絕的催化劑。

多年來都有不少保育人士公眾宣揚保育的重要性,但似乎並沒有太多人嘗試了解「保育」的原因。所有生物,包括人類之所以能夠生存於世上,是依靠著生物之間的平衡,這稱之為「生物多樣性」。「生物多樣性」維持著生態系統的平衡和食物鏈供應。一個物種的滅絕,會令其他生物的生命受威脅。情況就如,如果農業完全消失,我們不會再有任何食物供應。這意味著每種生物有著不可或缺的地位。換言之,你今天晚上吃的晚餐,手中那碗飯,也離不開「生物多樣性」這個問題。而現在,物種大滅絕正對生物多樣化造成非常嚴重的威脅。

真有其事?

你會疑惑我們怎樣才知道物種大滅絕已經開始了? 會不會誇張了?

有人更指在我們最近發現的一百九十多萬種生物中,只有 799 種生物絕種了,根本不足以為患。

的確,地球歷史上,一直都有不同物種的消失,單單以一種物種消失並不能隨便稱作「大滅絕」。但慢慢不能忽視, 799 種物種中,科學家不但指出我們可能忽略了不少無脊椎動物,更重要的是究竟相比起整個地球歷史,物種絕種的速率是否相同。為了尋找真相,以 Ceballos 為首的科學家就此嘗試探究究竟「第六次大滅絕」是不是真的發生了。

計算基準

要知道近一百年來究竟有沒有「物種大滅絕」的趨勢,情況就如同,估計考試分數。假若初時估計只會有 10 分,但最後有 90 分,聽起來就會有相當大的改變。就必須要先找出一個「基準滅絕率 (baseline extinction rate) 」。所謂基準,即是過去自然流失的絕種物種數量,即是一個「正常」的數字。

要找出一個準確的基準其實相當困難。現存物種的數量依然未能確定,隨意找一個較低的基準,就會高估物種滅絕的速度,因而變得危言聳聽。相反,假若他們找一個過高的基數,就會低估了這個問題。不準確的基準難以支持「第六次大滅絕」的假說。

Ceballos 為了避免犯下這種環保團體,或者保守的政治團體玩弄數字遊戲的錯誤,他們就以較為保守方法計算基準。要計算出可靠的基準滅絕率,他們主要以哺乳類動物的數據作為參考,並假設其他有脊椎動物的基數亦都略同。利用不同研究時間長短的數據,找出平均基準。他們發現在一百萬種物種中,每年有 1.8 種物種消失,而這個估算比 1990 年代的數字更為保守。

對不起,真的發生了。

接下來,他們就要比較現代物種絕種率和基準。要找出現代滅絕率,他們採用了兩種計算方法:一,只包括已經絕種了的物種;二,除了已經絕種的物種外,亦包括在野外已經絕種的和瀕臨絕種的物種。

即使他們以非常保守的方法計算基數,令人震驚的是兩組數據仍然比基數還要高出 100 倍以上。而且大部份絕種個案,也是在過去 114 年發生。

Ceballos 為人類和其他各種生物寫下令人失望的結論:第六次物種滅絕正在發生。但究竟是不是人類驅使了第六次大滅絕的發生呢?只能說的是,地球的生態已經被人類改變和控制。人類已經佔有全球 25-40% 的生產,開採化石原料更影響了光合作用,控制了物種演化。種種因素下,會不會為大滅絕造成一定壓力?這個問題的答案,留待科學家們揭曉。

參考資料:

1. Ceballos, G., Ehrlich, P. R., Barnosky, A. D., García, A., Pringle, R. M., & Palmer, T. M. (2015). Accelerated modern human–induced species losses: Entering the sixth mass extinction. Science Advances, 1(5), e1400253.

2. Refiner, C., Achaz, G., Lambert, A. & et al. (2015). Mass extinction in poorly known taxa. PNAS, 112(25), pp 7761-7766. Doi: 10.1073/pnas. 1502350112

3. Wiliams, M., Zalasiewicz, J., Haff, P. K., Schwägerl, C., Barnosky, A. D., & Ellis, E. C. (2015). The Anthropocene biosphere. The Anthropocene Review, 2053019615591020.

4. Zalasiewizc, J. (n.d.). The Earth stands on the brink of its sixth mass extinction and the fault is ours. Retrieved June 23, 2015, from http://www.theguardian.com/environment/2015/jun/21/mass-extinction-science-warning