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.