它主要是传递线粒体的母亲而一种新的理论认为这是由于第一次性冲

鞍山视线 刘 欣2019-05-18 11:38:28
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它主要是传递线粒体的母亲而一种新的理论认为这是由于第一次性冲突

例如,雄性果蝇在性交过程中向其伴侣注射有毒化学物质。这些毒素会破坏女性以前的配偶的精子,从而提高自己成为后代唯一父亲的机会。但毒素也使雌性苍蝇生病并缩短其寿命。反过来,女性已经进化防御以对抗化学物质,有时以牺牲雄性成功为代价。

生物学家认为,性冲突的根源在于生殖细胞的大小和数量- 卵子和精子。雄性通常产生大量精子,可以使多个卵子受精。另一方面,女性会产生少量的大型生殖细胞,因此每种都会投入更多的能量和资源。

我在伦敦大学学院的进化生物学家团队现在发现了一种不同类型的性冲突,可追溯到最复杂的生物体由单细胞构成的时代,可能远在15亿年前。这种古老的性冲突- 在两性甚至存在之前 - 与线粒体传递给后代有关。

谁的线粒体会被传递?

我们研究了位于线粒体中的基因的遗传-线粒体是我们细胞内呼吸和产生能量的结构。在许多动物和植物中,当卵受精时,只有母亲的线粒体基因存活,而父亲的线粒体则会丢失。

这并非偶然:女性已经进化出许多机制来识别伴侣进入卵子的线粒体。一旦检测到,就会派出一大批酶来消化它们。以前的研究表明,摆脱雄性线粒体是一种保持后代线粒体基因无突变的方法。从长远来看,健康母体线粒体的遗传对后代来说是个好消息。

但是有很多例外情况仍然无法解释。在某些物种中,父系线粒体仍未消化,就像父亲找到了保护它们免于被发现的方法一样。更奇怪的是,在果蝇和许多植物等生物体中,父亲在精子生产过程中会破坏大部分自身的线粒体。

如果母系遗传与先前的研究表明一样有益,为什么有这么多例外呢?

采取长期或短期的观点

在我们的新研究中,我们表明这些例外是由于线粒体遗传控制的性冲突而产生的。

使用数学模型,我们发现女性的进化倾向于关注长期影响。破坏父系线粒体可以在将来更容易地清除有害突变,但这种效应会在很多代中展开。这种策略在女性中效果很好,因为同一组健康的母体线粒体一次又一次地沿着雌性线传递。

但在这种情况下,男性没有很长的进化时间范围来处理。由于大多数线粒体在每一代开始时都被母体线粒体取代,因此进化不能检测到雄性线粒体基因的长期益处。由于没有长期联系,它们只能在不久的将来受益,这通常意味着现在传递一些线粒体。因此,即使长期影响有害,雄性也会在短期内提高其后代的适应性。

男性和女性的这些不同利益可能导致进化的军备竞赛,因为两性中的选择行为相反。女性的进化努力使后代免于男性线粒体,而男性则尽一切努力使他们的一些人进入混合体。

“我的合着者,遗传学家安德鲁·波米安科夫斯基说:”一遍又一遍,男性想出了一些方法来破坏女性对线粒体的破坏。“所以女性必须开发出阻断男性线粒体的新方法。我们的模型很好地解释了为什么有这么多不同的机制用于排除男性线粒体,以及为什么男性有时会自行完成。”

这完全是关于线粒体遗传的控制 - 对于雄性来说,最好是坐在驾驶员座位上来决定他们对混合物贡献多少线粒体而不是完全被排除在外。

导致性别的性冲突

有证据表明,这场冲突可以追溯到所有生物都是由单细胞构成的日子。男性和女性不存在,因为所有生殖细胞都具有相同的大小。

“有机体可以用来赢得这场冲突的策略之一就是通过增加其性别细胞的大小来获得更多的线粒体,”Andrew Pomiankowski说。“引人注目的是,这可能是推动两性发展的动力。”较大的性细胞 - 未来的卵子 - 在线粒体遗传的争夺中占据优势,仅仅是通过淹没较小的性细胞 - 精子的前身 - 线粒体的贡献较少。

大多数生物学家目前认为两性通过分工进化- 即所谓的“破坏性选择”理论。大型雌性性细胞可以存活更长时间但不能移动太多,而较小的精子很脆弱但移动速度更快,可以找到更多的交配伙伴。

我们关于性别起源的假设,如果是真的,为这个起源故事增加了一个新的视角,追溯到一个关于线粒体遗传的古老冲突。女性可能通过简单地产生包含线粒体的更大的性细胞来赢得这场古老的战斗,确保线粒体传播实际上是片面的(并获得长期的健身益处)。但最终,与所有科学假设一样,这个假设必须经得起彻底的实验验证。