暴風雨の後によくあることですが、蝶はジョージア州北西部のピジョン マウンテンの水たまりの周りに集まっていました。ジェームズ・アダムスと友人のアーヴィング・フィンケルスタインは網を手に、昆虫が泥水に溶けた塩分とタンパク質を吸収し、たたんだ羽がときどきあくびをして開いているのを観察した。銀色の青色のCelastrinasがありました シナモンと灰の色のスキッパー。なかでも最大のものはタイガー アゲハチョウでした。パステル レモン色のオスには短剣のような黒い縞模様があり、真夜中のように暗いメスには夕方のセルリアンがまぶされていました。
突然、非常に奇妙な生き物がアダムスとフィンケルスタインのそばを飛んでいきました。彼らが今まで見たことのないアゲハチョウです。左半分は黄色でした。その通り、黒。まるで誰かが 2 匹の異なる昆虫をスライスし、シームレスに縫い合わせたかのようでした。フィンケルスタインは叫び声を上げて、奇妙な美しさをスワイプしましたが、かなりの差がありました。アダムスは興奮を抑え、手を誤らせないようにしながら、蝶を数歩追いかけ、スイングし、網にかけました。彼は雌雄同体を捕まえたことがすぐにわかりました。半雄半雌の動物です。
バタフライ コレクターは、雌雄同体がその特異性と同じくらいその希少性のために大好きです。それらは、自然の対称性のシンフォニーにおける予測不可能なしゃっくりです。この生き物は、科学者たちも興味をそそられます。なぜなら、彼らはまたとない機会を提供するからです。つまり、通常は男性と女性の遺伝子と解剖学を同じ体で研究する機会です。
何百年もの間、博物学者は昆虫、クモ、ロブスター、鳥類の雌雄同体を記録してきました。最近では、ますます洗練された実験ツールの助けを借りて、研究者はそのような雑種を研究することにより、性的発達の支配的な理論を覆しました.科学の歴史を通じて何度も証明されているように、最も奇妙に見える生き物、つまり奇妙すぎて非対称すぎて、私たちの前提カテゴリーにうまく収まらない生き物は、すべての生物がどのように機能するかについて最も多くを教えてくれます。たとえば、鳥がどのようにしてオスまたはメスになるかについての標準的な説明は間違っていることが判明しました。科学者は、多くの典型的な鳥を調査することによってではなく、いくつかの雌雄同体を調査することによって、この認識に達しました。すべては奇妙なキンカチョウから始まりました。
1990 年代後半、ロックフェラー大学の実験動物管理者は、キンカチョウのオスだけが入っていると思われるケージの中で卵を見つけ続けました。犯人を特定するために、彼女はすべての鳥を個別の囲いに移しました。卵は、成長するにつれて、他の鳥とはますます異なって見える鳥から来ていました.右側には、男性の典型的な特徴がすべてありました。頬のオレンジ色の羽毛の赤面、シマウマの縞模様の首、翼の近くに白い点が点在する美しい茶色の羽毛のパッチ.対照的に、その左側はほぼ完全に灰色で、いくつかの黒と白の顔の模様と、特徴的な女性の羽毛である卵クリーム色の胸がありました。この鳥が雌雄同体であることに気づき、フィンチのコロニーを所有していたロックフェラーの神経科学者であるフェルナンド・ノッテボームは、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の元学生であるアート・アーノルドに鳥を与えました。彼は、性差を研究したアーノルドがその生物から何かを学ぶのではないかと考えました.
科学者たちは長い間、鳥類は哺乳類と同じようにオスまたはメスになると考えていました:鳥類は性染色体に応じて、一対の精巣または卵巣のいずれかを成長させる性別のない胚として始まり、男性化するホルモンの波を次々と放出します。または生物を女性化します。しかし時折、この話は単純すぎるという予感が研究によって明らかになりました。
これらの手がかりに続いて、アーノルドと彼の同僚は、雌雄同体のフィンチの脳の細胞を詳しく調べることにしました。典型的なキンカチョウのオスの脳には、求愛の歌を学習するための専用の神経回路のネットワークがあり、これらの回路を含む領域は、メスの脳の対応する領域よりもはるかに大きくなっています。性的発達が主にホルモンに依存していた場合、雌雄同体の脳の各半分は構造的に同一であるはずです.結局のところ、鳥の体のすべての臓器は、精巣と卵巣から放出される性ホルモンの同じ両性具有のカクテルに浸されていた.
しかし、アーノルドと彼のチームが発見したのは、鳥の脳の右半分では、歌唱領域が左半分よりも 82% 大きいということでした。さらに調査するために、研究者は脳をスライスし、X と Y の鳥類相関物である Z または W 性染色体のいずれかに結合するように設計された放射性 RNA のビットでいっぱいの溶液に薄切片を浸しました。写真乾板は、脳の右半球が主に 2 つの Z 染色体を持つ男性細胞で構成されているのに対し、左側の細胞のほとんどは Z と W の女性の組み合わせを持っていることを明らかにしました。ホルモンではなく、性染色体が脳の運命を決定していました。セルごと。 「あの雌雄同体の 1 つで、非常に根本的な科学的教義に対する私の考えが変わりました」とアーノルドは言います。 「脳細胞は、ホルモンが性別を書き出すタブララサではありません。それらは事前に説明されています。」
2000 年代半ば、エジンバラ大学の発生生物学者であるマイケル クリントンは、英国中の養鶏場から集められた雌雄同体のニワトリの研究を開始しました。一方では、鳥は雄のように見えました。白と金色の羽毛、大きな赤い編み枝細工、脚には拍車として知られる長い角のような突起がありました。反対側には女性の特徴がありました：茶色とあずき色の羽、そしてはるかに小さい拍車と編み枝細工.クリントンと彼のチームが鶏の体の周りの血液、皮膚、筋肉細胞の DNA を分析したところ、ニワトリが表面的に分かれているだけではないことがわかりました。珍しいキンカチョウの脳と同様に、彼らの体全体は多かれ少なかれ細胞レベルで分割されており、片側には多くのメスの ZW 細胞があり、反対側には主に ZZ 細胞がありましたが、細胞のスクランブルも少しありました.それらは、2 つの異なるフレーバーのジェリービーンズで満たされた 2 つに分断された瓶のようなもので、ほとんどはそれぞれの味を保っていましたが、時には交差していました.
これらのキメラは、鳥の性別が、哺乳類のようにホルモンによって一様に決定されるのではなく、体全体の細胞ごとに決定されることを確認しました。不明な点は、各細胞内の性染色体が、性ホルモンとは無関係に性的発達をどのように管理しているかということです。おそらく、Z染色体とW染色体は、受精の瞬間から特定のエピジェネティックな変化、つまり、さまざまな遺伝子の活性を増加または阻害するDNA周辺の分子への変化を開始します.この予感を支持して、クリントンと彼の同僚は、生殖器官が発達する前でさえも、典型的にはオスとメスの鳥の胚の遺伝的活動の異なるパターンを持っていることを発見しました.
アーノルドと彼のチームは、鳥類で発見したことが哺乳類にも当てはまるかどうかを知りたいと考えています。哺乳類の性発達におけるホルモンと染色体の明確な役割を解き明かすために、彼と彼の同僚は、たとえば X 染色体または Y 染色体の 1 つが多すぎるマウス、または遺伝的に男性であるにもかかわらず女性の性ホルモンを大量に生成するマウスの独特な系統を研究してきました。 .彼は、この一連の調査が最終的に人間の病気の新しい治療法を生み出すことを望んでいます.多発性硬化症、がん、心臓病、およびその他の多くの病気は、性別にかかわらず、あまり一般的ではなく、致死率も低くなります。 「一方の性別が保護されている理由を解明できれば、新しい治療法を見つけることができます」とアーノルドは言います。 「それを理解するには、男性と女性を区別する要因のリストが必要です。以前はホルモンがすべてでした。」
たとえば、免疫系が神経系を攻撃して破壊する壊滅的な病気である多発性硬化症は、女性に多く見られますが、男性ではより急速に衰弱します.遺伝的に雄であるが女性ホルモンを産生するマウスに関するアーノルドの研究は、男性ホルモンではなく、X 染色体と Y 染色体の組み合わせに関する何かが、細胞を同様の病気の重篤な経過に対してより脆弱にすることを示唆している.
キンカチョウとニワトリの研究は、鳥類以外の研究者を驚かせました。カリフォルニア大学バークレー校の発生生物学者であるニパム・パテルは、「彼らは、脊椎動物の細胞がどのようにして性同一性を獲得するかについて、私たちが長年持っていたいくつかの考えに実際に反論した.これらの実験が進行中だったので、異常に性別の異なる蝶に関する彼自身の研究は、固定化された考えを覆していました. 10 年以上に及ぶ執拗な研究の結果、パテルは、オスとメスの部分を持つ 1 匹の動物ではなく、雌雄同体が融合した 2 つの異なる生き物である場合があると結論付けました。
パテルが 8 歳くらいのとき、彼は裏庭の草むらに横たわっているオスのアゲハチョウの死体に出くわしました。彼はその美しさに魅了されました。黄色い鳥のような羽が昆虫の体から飛び出し、弧を描いて波打って滴り、括弧に収まる様子です。パテルはアゲハチョウを中に運び、葉巻の箱に入れました。彼は母親に最初の蝶の網を縫うように説得しました。それ以来、Patel は約 30,000 の昆虫のライブラリを蓄積してきました。そして、彼は過去 16 年間、2 つ目のコレクションのキュレーションに費やしてきました。物理的な標本ではなく、写真です。パテルは雌雄同体蝶の写真の世界有数のコレクターです。
雌雄同体は、動物がどのように発達するかを研究するための自然に発生する実験であるため、パテルに魅力を感じます。多くの科学者は、雌雄同体の蝶の存在は細胞分裂の誤りに起因すると考えています。鳥のように、オスの蝶はすべての細胞に 2 つの Z 染色体を持っていますが、メスの細胞は ZW です。イモムシが変態を開始すると、標準的な話では、最終的に翼を生成する分裂細胞は通常どおり染色体を増やしますが、2 つの娘細胞の性染色体を適切に分割することができません。新しいセルの 1 つが Z と W を取得し、女性になります。もう 1 つは 1 つまたは 2 つの Z 染色体を取得し、男性になります。これらの細胞のそれぞれが左翼または右翼の前駆細胞であるため、蝶は半分がオスで半分がメスのように見え、中央で分割されます。
科学者たちはこれが事実であることを明確に示しましたが、パテルの写真のいくつかは、雌雄同体が他のルートでも形成されると彼に思わせました.彼は時々、上の写真の Heliconius 蝶のような標本に遭遇しました。オスとメスがほぼ同じに見えるカラフルな部族の一員です。パテルは、この蝶の腹部の 2 つの半分がサイズと構造が微妙に異なり、一方は男性の性器を持ち、もう一方は女性の性器を持っているため、この蝶を雌雄同体と特定しました。その翼は同じだったはずですが、そうではありませんでした。
パテルは、この特定の昆虫は二重の性別に加えて、混合したアイデンティティを持っている可能性があることに気付きました.その翼のパターンは、メスとオスの細胞のメドレーだけでは説明できない根底にある遺伝学を裏切った. optix という名前の遺伝子 、たとえば、赤い光線が後翅を飾る場所を決定します。 WntAと呼ばれる別の遺伝子 あちこちで翼を暗くする黒いシャーピーのように機能します。これらの遺伝子はいずれも Z 染色体にも W 染色体にも存在しません。これは、標準的な起源の話によると、雌雄同体の 2 つの半分の間の遺伝的変異の唯一の原因です。しかし、2つの翅は明らかに異なる色パターン遺伝子を活性化しており、2つの完全に異なるゲノムを示しています。雌雄同体が性的な特徴以上に異なる場合、Patel は、2 匹の動物を 1 つで見ることができると考えています.
どうしてそれが起こり得ますか？昆虫の卵細胞には、極体と呼ばれる小さな姉妹細胞があり、これは卵細胞を作った細胞分裂の残り物です。時々、2つの精子が卵子の中に滑り込み、卵子の核と極体を受精させ、多かれ少なかれ結合双生児のように発達する2つの胚を作成します.しかし、この 2 匹の動物の細胞は、常にそれぞれの側にあるとは限らない可能性があります。雌雄同体が左右非対称である場合や、中心線を横切って反対側の細胞が飛び散るモザイクになってしまう場合があるのは、このためです。他の科学者は以前に二重受精がいくつかの雌雄同体を説明することを示唆していましたが、パテルはこれまでで最も明確な証拠のいくつかを明らかにしました.
ガイナンドロモルフの双対性は、プラトンのシンポジウムを思い起こさせます 、アリストパネスは、ユニークな創造神話で性の起源を説明しています。最初は、男性と男性、女性と女性、男性と女性など、二重体の原始人間がいたと彼は言います。 、 ゼウスは稲妻でそれらを分割しました。しかし、そのような二元性は単なる神話ではありません。
科学者が生物の遺伝的構成要素の指紋をとればとるほど、私たちが多種多様な生き物であることを理解するようになります。私たちの細胞はすべて、本質的に 2 つのゲノムを持っています。核内のヒトゲノムと、かつては自由生活微生物であったミトコンドリア内に隠れているヒト以外のゲノムです。何兆ものバクテリアが私たちの皮膚を覆い、私たちの腸の中に住み、私たちの体を微生物ゲノムの万華鏡に変えます.そして、ウイルスやさまざまな寄生虫の助けを借りて、かなりの数の外来遺伝子が私たちのゲノムに侵入しています.雌雄同体が私たちの目を引きます。実のところ、それらは私たち全員の内なるテッセレーションを反映する鏡です。
Ferris Jabr は の寄稿者です。 ニューヨーク タイムズ マガジン および サイエンティフィック・アメリカン。 彼はのために書いた アトランティック、ハーパーズ、ニューヨーカー、そして 外側。 彼の作品はによってアンソロジー化されました Best American Science and Nature Writing シリーズ。
参考文献
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4. ジョロン、他 保存された超遺伝子座がヘリコニウスの色パターンの多様性を制御している 蝶。 PLOS生物学 4 、e303 (2006).
リード画像はアゲハチョウの写真です (Papilio dardanus) 蝶。左側が雌、中央が雌雄同体、右側が雄。オックスフォード大学自然史博物館。
この記事はもともと私たちの「」に掲載されたものです 対称性 」2014 年 5 月号。
