オーストラリアの生物学者であるジェニファー・マーシャル・グレイブスは、男性を男性にする人間のY染色体が今後500万年以内に消滅するという悲惨な予測でおそらく最もよく知られています.過去 1 億 9000 万年の間に、Y 線上の遺伝子の数は 1,000 以上から約 50 に激減し、95% 以上が失われました。対照的に、X 染色体は約 1,000 の遺伝子で強力です。
メディアの反応は予測可能で、過熱した見出しで「人類は絶滅への道を進んでいる」と宣言しています。しかし、メルボルンにあるラ・トローブ大学の生物学者であるグレイブスは、500万年という時間は、わずか20万年しか経っていない私たちのような種にとって長い時間であると述べています.さらに重要なことは、Y 染色体の喪失が災害を引き起こさない可能性があることです。 Yが消えれば、男性を作るための新しいメカニズムが開発されるかもしれません.
科学者たちは、生物が性別を決定するために使用するメカニズムが驚くほど流動的な状態にあることを発見しています。 1 つのシステムが破壊されると、進化によって簡単に新しいシステムが出現するようです。鳥、魚、ヘビは、オスとメスを作る無数の方法を見つけました。性染色体は頻繁に失われたり交換されたりします。近縁の種でさえ、まったく異なる方法で性別を決定できます。これは、このシステムが非常に柔軟で急速に進化していることを示唆しています。
これらのさまざまな動物に関する最近の研究は、科学者が性染色体が収縮して消滅すると何が起こるかを理解するのに役立っています。 「性別の決定は、おそらくあなたが下す最も基本的な決定です。形態、行動、生活史に大きな影響を与えます」と、シアトルのフレッド・ハッチンソンがん研究センターの生物学者であるケイティ・ペイチェルは述べています。 「これが超基本的なプロセスであるとすれば、どうしてすべての生物がそれを行うための独自のメカニズムを思いついたように見えるのでしょうか?」
変なセックス
性染色体は、生物が男性か女性かを決定する染色体です。多くの場合、科学者はこの機能を染色体上の特定の 1 つの遺伝子に絞り込むことができます。その性決定遺伝子は、性特異的な発生カスケードを活性化し、例えば男性の精巣を生成する生物学的工場を活性化します.
人間と他のほとんどの哺乳類は、おなじみの XY システムを使用します。 Y染色体上の遺伝子が精子の発生を引き起こし、男性の性別を決定します。鳥はペアリング パターンが逆の ZW システムを使用します。オスは ZZ で、メスは ZW です。 (文字は遺伝様式を示します。Y 染色体は父から息子へ、W 染色体は母から娘へ厳密に継承されます。)
すべての哺乳類は同じ遺伝子を使用して性を制御します。すべての鳥は別のものを使用します。そして何年もの間、科学者たちは動物界のさまざまなシステムを過小評価してきました。しかし、過去 10 年間で、研究者はより幅広い種類の動物からゲノムを読み取ることができるようになりました。 Graves らは、驚くほど多様な性決定システムを発見しました。 「私たちは人間とマウスしか見ることができなかったので、身動きが取れなくなっていました」と Graves 氏は言います。 「しかし、今ではひげを生やしたドラゴンと半分滑らかな舌の裏を見ることができ、そこにはたくさんのバリエーションがあります.」
特に、トカゲ、両生類、魚類は、性別を制御するために使用されるシステムを頻繁に変更します。熱帯のカエルの 1 種は、Y、W、Z の 3 つの異なる性染色体を持っています。雄は YZ、YW、または ZZ であり、雌は ZW または WW です。これらの奇妙なシステムがどのように機能するかはよくわかっていないと、カリフォルニア大学バークレー校の生物学者 Doris Bachtrog 氏は述べています。 「モデル生物以外のことはほとんどわかっていません。」
ひげを生やしたドラゴンは、頭の周りをとがった鱗にちなんで名付けられたトカゲで、おそらく性的流動性の最も顕著な例です。この生き物は通常、遺伝子システムを使用して性別を決定します。ZZ は男性として、ZW は女性として発達します。しかし 2007 年、Graves 氏と共同研究者は、トカゲの遺伝的に制御されたシステムを温度駆動型のシステムに変換できることを示しました。より高い温度で育てられたトカゲの卵は、遺伝的同一性に関係なく、メスに成長しました.
温度制御された性決定自体は驚くべきことではありませんでした.ワニなどの多くの爬虫類は、この方法に従います.しかし、グレーブスの研究以前は、科学者たちは個々の種がどちらかのメカニズムを使用していると考えていました。ひげを生やしたドラゴンとの切り替えにより、予想外のレベルの互換性が明らかになりました。
Nature に掲載された研究では 昨年の夏、研究者たちはこのシステムをさらに推し進めました。彼らは、野生のドラゴンが、遺伝的にはオス (ZZ) であるにも関わらず、メスであることを発見しました。次に、これらのメスを典型的な ZZ オスと交配させました。これらの奇妙なカップルは、性別が温度のみに依存する肥沃な ZZ 子孫を生み出しました。実際、研究者は一世代で W 染色体を排除しました。
人間の Y の終焉にはもっと時間がかかるだろうが、グレイブスは、その運命はその起源で封印された可能性が高いと考えている.それが最初の性決定遺伝子を獲得した後、他の性特異的遺伝子 (男性には役立つが女性には役に立たない遺伝子) が新しい性決定部位の周りに群がり始めました。染色体の断片が反転し、最終的に Y がその交配相手である X とペアリングできなくなりました。これにより、組換えとして知られる遺伝子のハウスクリーニングが妨げられ、染色体のミスを取り除くことができました。 Yは自分自身を修復することができず、腐敗の旅を始めました. 「性染色体は一種の自己破壊的です」とグレイブスは言いました。 「染色体に性決定遺伝子を追加すると、大きな危険にさらされます。」
Graves 氏は、多くのげっ歯類が新しい性決定システムを実験しているようだと指摘している。 SRY のアクティブ バージョンを所有していないものもいくつかあります 、ほとんどの哺乳類で雄の発生を引き起こす遺伝子。日本の島に生息する 2 つのマウス集団は、Y 染色体を完全に失っています。
これらすべてのケースで、個々の個体群は雄を作る新しい方法を思いつきましたが、研究者はそれがどのように行われるかはわかりません.おそらく、別の染色体上の別の遺伝子が責任を負っています。 (最終的に、この新しい性染色体は、私たちの Y 染色体のように分解される可能性が高いと Graves 氏は述べています。) さらに、これらの変化は新種の発生を促進する可能性があり、それはトゲウオで起こっているようです.
踊る魚
トゲウオには奇妙な交尾の儀式があります。まず、オスのトゲウオが巣を作り、踊りを披露して仲間を誘います。次に、背中にトゲが点在するオスがメスの下を泳ぎ、メスを刺します。このように魅了されたメスは、恋人の巣に卵を産みます。彼はそれらに受精させ、雌を追い払い、卵に親の世話をします.
トゲウオは、比較的短い進化の時間スケールで外見と行動の両方で膨大な多様性を進化させたため、進化生物学者の間で人気があります。この多様性は性染色体にまで及びます。一部の種では、男性は人間と同様に 2 つの異なる染色体を持っています。他の種では、メスが持っています。
日本に生息するトゲウオの近縁種 2 種は、特に興味深いことがわかっています。このグループは約 200 万年前に分岐し、日本海でいくつかの魚が氷の壁によって閉じ込められました。この 2 種は同じ場所 (北海道周辺の海域) で繁殖しているのが見られますが、互いに繁殖していることはありません。
どちらの個体群も、交配ダンスの刺す部分を実行しますが、いくつかの大きな違いがあります。太平洋のオスは交尾相手を優しく刺しますが、日本海のオスは強く突き刺します。 「オスが攻撃的な刺す行動をするとすぐに、太平洋のメスはそれを忘れると言います。私はここから出ます」とペイチェルは言いました. (逆のつがい — 日本海の太平洋のオスとメス — は実験室で交尾しますが、そのオスの子孫は不妊です。)
また、日本海の魚は染色体異常があります。 Y 染色体は、染色体 9 の父方のコピーに融合されます。染色体 9 の母方のコピーは、neo-X と呼ばれる新しい性染色体になります。そして、このネオ X には、魚の攻撃的な行動を駆動する遺伝子があります。
この発見は、新しい性染色体を交配障壁と結びつけ、最終的には新しい種を結びつけます。しかし、どちらが最初に来ましたか？染色体の融合により、2 つのグループの交配が不可能になり、最終的に交配ダンスに違いが生じたのでしょうか?それとも、新しい交配行動は染色体の変化に先行したのでしょうか?誰も知らない。しかし、最近のデータは、魚の遺伝的差異が性染色体に集中していることを示しています。 Peichel によると、これは性染色体の進化が新しい種をもたらすことを強く示唆しています。 「時間をさかのぼって解明することは非常に難しいため、種分化の原因がわかっているケースは実際にはありません」と彼女は言いました。 「しかし、これは染色体の再編成と種分化メカニズムの間に直接的なつながりがあるまれなケースの 1 つです。」
悪いデザイン
トカゲ、魚、げっ歯類は、性染色体の大きな変化を生き延びているようです。しかし、人間はどうですか？ Yを失う危険はありますか？それは議論の問題です。 Graves の答えはイエスです。 Y 染色体上の遺伝子の数と 100 万年ごとに失われる遺伝子の割合に基づいて、Y 染色体は 460 万年で消失すると推定しています。
他の研究者は、Y に関する Graves の悲惨な予測に異議を唱えています。Nature に掲載された研究 2012 年には、過去 2500 万年間でほとんど変化が見られませんでした。私たちが旧世界のサルから分岐して以来、Y 染色体は 1 つの遺伝子だけを失っています。 (Graves 氏の回答は、性染色体の変化は発作と開始時に発生するため、現在の安定性のパターンが続くかどうかを予測することは不可能であるというものです.)
性染色体を研究している多くの科学者にとって、Y 染色体の長期的な状態は最も興味深い問題ではありません。彼らは、性染色体が存在する理由など、より基本的な問題を理解したいと考えています。たとえば、フグでは、性別はDNAの1文字によって決定されます。このような単純なシステムが機能する場合、「なぜ人間の X と Y の大きな違いにまで進んだのでしょうか?」ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの進化生物学者、ジュディス・マンクは言う。さらに、科学者たちは、数千年にわたってほとんど変化を遂げていない古代の性染色体を持ついくつかのカエルの種を含め、性染色体が腐敗に抵抗しているように見える動物を発見しました.
Mank、Peichel、Bachtrog らは、性染色体情報のデータベースの構築を開始しました。このデータベースは、Tree of Sex と呼ばれ、これらの大きな疑問のいくつかに答えてくれることを期待しています。マンク氏は、「生命の木全体で性決定をマッピングすることで、性決定がどのように進化するかを理解し、どのような選択圧力が変化を引き起こしているのかについて理論を検証したいと考えています。」
