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卵子会对某些人的精细胞更偏爱,甚至为其“开后门”?

本文作者: 发布时间:2021-07-06
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卵子会对某些人的精细胞更偏爱,甚至为其“开后门”?

卵子会对某些人的精细胞更偏爱,甚至为其“开后门”?

卵子会对某些人的精细胞更偏爱,甚至为其“开后门”?

对于地球上的物种来说,生命的开始也注定了结束。因为自身生理机制的问题,即使在科技高度发达的今天,人类也没有完成“长生不老”的愿望。自然界中的部分动物为了延续物种,选择了繁殖后代,人类亦是如此。

人类的繁衍过程说到底就是“精卵结合”的过程,细胞的不断分裂实现了有性繁殖。为了实现受精卵带有父母双方的遗传因子,哺乳动物在进化过程中选择了最以利于物种进化的方式,那就是通过雌性生殖细胞来孕育后代,这样的性选择方式决定了精卵结合的过程。

2020年6月10日,瑞典动物学教授约翰·菲兹帕特里克(John Fitzpatrik)在《英国皇家学会会刊B》上刊登了一篇论文,文章奇特的标题瞬间引发了相关学者的密切关注。

这篇论文的名字叫《卵子的化学信号促进了人类的雌性选择》,文章中表示,作者自己通过人类精子和卵子结合过程的研究,发现了一种精卵结合的新方式,而这一结论或将颠覆孟德尔传统遗传理论。

卵子会在受精过程中竟然会主动寻求其它精细胞?带着这个疑问,生物遗传学家对于这一隐秘的新“性选择”方式展开了研究。

孟德尔的经典遗传学
孟德尔发现并提出的细胞遗传规律在后世生物学家的努力下不断完善,最终发展成为奠定了遗传学诞生的理论基础和依据。

孟德尔的研究成果在1865年一经发表,便引起了生物学界的广泛关注。因为在此之前,对于人类基因的继承、细胞的选择等问题,生物学家们还没有给出科学的说法。

最为经典的便是在欧洲大陆流行的对于“孩子生下来为什么会像父母”的讨论,在各种说法中占据主流的是“混合说”,持这种看法的人认为:父方产生的精子中有某种液体,当进入母方卵细胞时,这种液体会与卵细胞相混合,导致孩子的相貌会与父母相像。

而孟德尔研究成果中创立了“粒子说”这一观点,他在报告中提出了一个人类遗传中新的生物学概念——粒子,他认为,遗传过程中父母双方的性状的是一种单位化的粒子状物质。

这一说法对于当时流行的混合说产生了巨大的冲击,但这还远远没有结束,孟德尔还在当时提出了影响后世遗传学研究百年之久的预言:遗传因子才是遗传现象中的决定性物质。可惜的是,受到当时科技水平的限制,他这些科研成果在他生前并未被证实和广泛传播。

随着生物学家和遗传学家的深入研究,如今的我们已经对人类遗传这一过程有了清晰的认知。孟德尔经典遗传学揭示了遗传定律的两大基本类型——分离定律和自由组合定律,成为研究人类遗传的基础理论。

传统精卵结合过程
在科学界对于人类繁衍的认知便是“精卵结合”(受精),孟德尔遗传定律中,遗传因子决定了遗传双方生物性征的延续,而精子和卵子中,都带有属于自身性状的遗传因子。在传统的精卵结合过程中,受精就是卵子和精子结合为一个整体的过程。

男性释放大量精子经过女性生殖道或者穿过卵丘时,外源蛋白质被清除,不再包裹着精子,同时精子质膜的生物特性转变,这个过程被称为“精子获能”,在此之后,受精过程开始。

精子在穿越卵膜后,分为两个阶段,附着和结合。附着状态下精子受到顶体蛋白影响,加速通过卵膜,在结合状态下,精子质膜分离为一种新蛋白质,即结合蛋白(分子量约为30000),这种蛋白质可以与卵细胞中的卵膜糖蛋白相结合,这一过程也被叫做“顶体反应”。值得注意的是,顶体反应是精卵结合的关键,没有发生顶体反应的精子不会与卵子结合。

正如大家所想的那样,精卵结合是一个“赛跑”的过程,也是一个“筛选”的过程,精子运动,不停接近卵子,在这一过程中只有活力更足、遗传因子更好的精子才有机会接近到卵细胞。在二者相接触后,卵子会释放出卵泡液,精子在卵泡液中结合,成为受精卵,不断发育最终孕育成为生命。

新的性选择方式
这位来自瑞典斯德哥尔摩大学动物系的教授提出的新观点对于人们对传统精卵结合的认知产生了巨大的冲击。一般来说,一个卵子内只进入一个精子,而参与这一过程的精子数量是2亿到4亿。

精子靠摆动自己尾巴接近卵子,最终能够接近卵细胞的也有600—800个,在这样的“性选择”方式中,毫无疑问,精卵结合并无固定规律可循,只能说更有活力的精子更有机会。

卵子对于精细胞的选择似乎一直是被动的,一直以来,卵细胞被视作被动接受、顺从的细胞,它一直在被动的等待。在精卵结合的过程中,哪个精子会最先抵达目的地,哪些精子会在途中被淘汰,哪个精子会与卵细胞结合似乎都是随机的。

在精卵结合的过程中,遗传因子成对存在,带有相同性状的因子会在卵子接受精子后分开,分别进入各自的配子细胞中。

西北太平洋国家实验室首席生物学界乔·纳多(Joe Nadeau)表示:分离定律是现代生物学中最广泛应用的原则之一,但这些可能性的建立必须在受精是随机的这一条件下,在我实验室两个项目得出的结论显示,受精并不是随机的。

在乔·纳多实验室的两个例子中,基因配对组合出现的概率远高于其他组合,但在一般情况下,随机受精后,基因组合应该会呈现特定的固定比例。这一研究成果说明卵子并不是被动的。

这等于是卵子在主动寻求它的伴侣。”乔·纳多这样解释。

卵细胞的“小动作”
引发学界震动的那篇论文来自瑞典斯德哥尔摩大学动物学系的教授约翰·菲茨帕特里克(John Fitzpatrick),他的研究表明,在受精过程的最后阶段,卵细胞会释放出独特的化学物质。

这种名为“化学引诱剂”的化学物质会在细胞外留下液体途径,借助这条液体路径,精细胞可以快捷地找到尚未完成受精的卵细胞,同时,研究成果还发现,这种“化学引诱剂”对于不同精细胞的效用不同。这个结果可以看出来,卵细胞确实在通过特殊途径促进自己和更加偏爱的精细胞完成受精。

为了达到这个目的,卵细胞提前释放了“化学引诱剂”帮助精细胞,而这些精细胞通常是质量更好的,在抵抗干扰和感染方面更具活力,这样的机制毫无疑问是给更强壮的精细胞开了一道后门。

化学引诱剂
这种神秘的化学物质正是那只打开后门的手。在经过筛选剩下的几百个精细胞到来时,化学引诱剂会留下独特的液体途径,指引自己最满意的精细胞通过最后的一道关卡,最终达到精卵结合。

值得注意的是,在这个过程中,化学引诱剂会优先给最优秀的精细胞提供援助,这些精细胞通常是抵抗力最强的,在完成顶体反应后开始靠近卵细胞,并凭借自身强大的适应能力和免疫能力,坚持到了最后。

化学引诱剂的存在证实了卵细胞主动选择精细胞这样一个新型选择方式的存在,同时也体现了基因遗传的多样性。

化学引诱剂并不受女性控制,数量众多的精细胞在完成最后的受精过程前,很难得知精细胞是否受到卵子的欢迎,最终化学物质选择了更为强壮的精细胞,这也说明这种化学物质是新的化学机制的产物,而这个化学机制毋庸置疑是对人类繁衍行为的优化。

基因偏向为何会产生?
约翰·菲兹帕特里克对于“化学引诱剂”这一新化学物质的揭示引发了有关人类繁殖性选择方式的新一轮辩论。

在论文的最后,他表示:这是人类首次发现新的“性选择”方式,我们可以大胆假设在人类社会发展的进程中,其实存在着另外一种选择方式,这并不仅限于卵细胞开始对选择精细胞有所行动这一事实。

来自乔治华盛顿大学的演化生物学家莫里·马尼尔表示,这样的假设是存在的,但是需要更多科学实证来探求这种遗传过程中的基因偏向是如何让产生的,现在能确定的是女性在人类生殖中的的角色比大家想象中更加活跃。截至目前,有两种假说存在于学界。

1.竞争假说。假说的理论来源是受精过程中的既定事实——精子出现在女性生殖道的时间早于次级卵母细胞分裂产生卵细胞的时间,这或许可以说明精子产生的有关信号会影响次级卵母细胞第二次减数分裂这一过程,是卵细胞产生后有一定的偏向性。

2.维生素B假说。科学家认为这种现象的出现很有可能与维生素B的代谢有关,作为精细胞和卵细胞重要的信号组成部分,维生素B对于受精过程中发挥着重要作用,精子与卵细胞的吸引结合过程受影响很有可能与维生素B的代谢有关。

卵细胞通过特殊手段选择精细胞,这样的研究成果的确有颠覆人类认知的能力。此前生物遗传学家的研究对象一直集中在精细胞,而如今“化学引诱剂”的出现,使得人们的目光聚焦在了卵细胞。

女性在受精过程中变得主动,有更多选择权,这样的基因偏向的存在使得人类的基因遗传过程来到了新的领域。

结语
新的性选择方式是人类繁殖质量优化的体现,在不断的基因传递中,为了物种的延续和进化,人类的生理机制在不断完善,向着更高质量的生物物种前进。

卵细胞对于精细胞的主动选择表现出了人类生理机制的进化,在复杂化的同时有了优化生殖过程的手段,对于更优秀基因的倾向性也是人类自我完善的有利因素。

对于卵细胞为何会“搞小动作”来吸引更高质量的精细胞这个问题,目前生物遗传学家仍在进行研究,相信在不久的将来我们会破译这个“基因密码”,彻底弄清楚卵子和精细胞的关系。

对单个精子细胞的研究和基因序列的重新测定是目前学界聚焦的科研内容,不论结果如何,人们的观念或多或少会有松动,对于人类自身生理机制的理解也一定会发生变化。

卵子会对某些人的精细胞更偏爱,甚至为其“开后门”?

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